CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras”
DESEMPENHO MECÂNICO DE MATERIAIS DE REPARO
SUPERFICIAL PARA VERTEDOUROS EM CONCRETO.
LUIS SEBASTIAN FLORENTIN SUAREZ
FOZ DO IGUAÇU - PR
2018
LUIS SEBASTIAN FLORENTIN SUAREZ
DESEMPENHO MECÂNICO DE MATERIAIS DE REPARO
SUPERFICIAL PARA VERTEDOUROS EM CONCRETO.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário Dinâmica das Cataratas – UDC, sob a orientação do Prof. Eng. Eduardo Damin.
FOZ DO IGUAÇU – PR 2018
AGRADECIMENTOS
A Deus pela fortaleza de persistir.
À minha mãe, pelo carinho, compreensão e apoio.
Ao meu pai, que cuida de min do céu, que teria gostado de me ver.
A minhas irmãs, Karina, Rocío e Ruth que cuidaram de min e me ensinaram a lutar e chegar aos objetivos.
A minha mulher, Belén, pela compreensão, amor e ajuda na luta do dia a dia.
A minha filha linda que me dá o amor mais puro que existe.
A meu filho que ainda não nasceu, mas a quem amo com toda a alma. Ao meu orientador Prof. Eng. Eduardo Damin, pela paciência e orientação. Aos coordenadores do curso de Engenharia Civil, Prof. Dr. Everaldo Pletz e Prof. Mestre Adriano Risson, por todas as dicas e informações
A todos os professores do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Dinâmica das cataratas, pela amizade e por todos os ensinamentos transmitidos ao longo do curso.
Aos chefes, Alcides Acosta e Joao Betineli, e companheiros de trabalho e amigos, Alcides, Raimundo e Saúl pela paciência e compreensão em dias de provas e ensinamentos na área da construção civil.
As pessoas que me ajudaram a seguir até o final, aqueles que apesar da diferencia da nacionalidade não tiverem mesura em compartir a amizade obrigado Makely Prates, Adriano Rodriguez, Giane Caon, Suelen Escher, Igor Priski e Robert DelValle.
A todos os colegas de turma, pelo companheirismo, troca de experiências e aprendizados.
Ao pessoal do laboratório de tecnologia do concreto, Luis Vellacich, Fabio Willrich, Joao Bernardino, Alfredo Ortiz, Rodrigo Moreno, Claudinei Gomes, pela ajuda e dicas dadas no corres do trabalho realizado.
Enfim, a todos que de uma forma ou outra contribuíram para a realização deste trabalho.
“Água mole em pedra dura, tanto bate até que fura...”
FLORENTÍN, Luis Sebastián. Métodos de reparo em estruturas de concreto de uso hidráulico sujeitas à abrasão e erosão: 2018. 74 f.. Trabalho de Conclusão de
Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas, Foz do Iguaçu, 2018.
RESUMO
A durabilidade das estruturas hidráulicas de concreto fica comprometida devido à água em movimento, que pode causar deterioração da superfície. Os processos de desgaste em superfícies de concreto podem acontecer, resumidamente, sob três formas distintas: pela ação dos sólidos abrasivos em suspensão que ela transporta (abrasão e erosão), ou pela sua alta velocidade (cavitação). A estrutura hidráulica, que se terá como parâmetro é o vertedouro e os tubos de sucção da Usina Hidrelétrica Itaipu. As manutenções das estruturas hidráulicas incluem as inspeções visuais periódicas e reparos, caso ser necessário, por tanto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho dos métodos de reparo com argamassa de base cimentícia, comparadas com argamassa de base epóxica e argamassa química, utilizadas tradicionalmente pela manutenção civil da Itaipu em reparos de estruturas de concreto. São apresentados casos reais de manifestações patológicas nas estruturas de concreto submetidas a força da água. Foram realizados ensaios de resistência à abrasão, resistência de aderência à tração, resistência à compressão axial simples e módulo de elasticidade. Foram produzidos corpos de prova para cada tipo de argamassa e dependendo do tipo de ensaio a ser realizado, ficaram em processo de cura numa câmera húmida durante 7, 14 e 28 dias. Para ter uma avaliação de qualidade das argamassas, realizou-se reparos no mesmo vertedouro da calha esquerda da Itaipu, que apresenta no revestimento situações de desprendimento do agregado miúdo e exposição do agregado graúdo, tendo a vantagem de que a comporta foi aberta e a força de 3.647 m3/s avaliou o reparo, levando com ela o reparo de base de argamassa química y uma parte da argamassa de base cimentícia sem ponte de aderência, deixando os outros métodos de reparo. Logo de ser realizada uma inspeção civil dos reparos, determinou-se que a maior resistência de aderência a tração por arrancamento tem o reparo com base epóxi, sendo também ela a de maior resistência a compressão. Já no ensaio de abrasão utilizando um método que consiste na projeção a grande velocidade de pequenas partículas de aço nos corpos de prova, ouve uma diferencia significativa entre as argamassas epóxica, cimentícia e química, perdendo um 8%, 44% e 51% respectivamente. A partir dos resultados obtidos pode ser concluído que as resistências dadas nas argamassas de reparos utilizadas são baixas, existe uma desatualização em conhecimento de novas técnicas e métodos, em comparação a outras argamassas que já existem no mercado, o método estudado é realizado já por mais de 20 anos, precisando de um estudo de novos tipos de argamassas de reparos para a abrasão, erosão e cavitação.
FLORENTÍN, Luis Sebastián. Métodos de reparo em estruturas de concreto de uso hidráulico sujeitas à abrasão e erosão: 2018. 74 f.. Trabalho de Conclusão de
Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas, Foz do Iguaçu, 2018.
ABSTRACT
The durability of concrete hydraulic structures is compromised due to moving water, which can cause surface deterioration. The wear processes on concrete surfaces can happen, in brief, in three different ways: by the action of the abrasive solids in suspension that it transports (abrasion and erosion), or by its high speed (cavitation). The hydraulic structure, which will have as a parameter is the spillway and the suction pipes of the Itaipu Hydroelectric Power Plant. The maintenance of hydraulic structures includes periodic visual inspections and repairs, if necessary, therefore, the present work aims to evaluate the performance of repair methods with cement-based mortar, compared with epoxy-based mortar and chemical mortar, used traditionally for the civil maintenance of Itaipu in repairs of concrete structures. There will be real cases of pathological manifestations in the concrete structures subjected to the force of the water. Tests were performed for abrasion resistance, tensile strength, single axial compression strength and modulus of elasticity. Test specimens were produced for each type of mortar and, depending on the type of test to be performed, were cured in a wet chamber for 7, 14 and 28 days. In order to have a quality evaluation of the mortars, repairs were carried out in the same spillway of the Itaipu's left channel, which presents in the coating situations of detachment of the small aggregate and exposure of the large aggregate, having the advantage that the gate was opened and the force of 3,647 m3 / s I evaluated the repair, taking with it the base repair of chemical mortar and a part of the cementitious base mortar without bridge of adhesion, leaving the other methods of repair. After a civil inspection of the repairs was carried out, it was determined that the highest tensile adhesion strength has epoxy-based repair, and it is also the most resistant to compression. Already in the abrasion test using a method which consists of the high velocity projection of small steel particles in the test specimens, hears a significant difference between epoxy, cement and chemical mortars, losing 8%, 44% and 51%, respectively. From the obtained results it can be concluded that the resistances given in the repair mortars used are low, there is an outdated knowledge of new techniques and methods, compared to other mortars that already exist in the market, the method studied is carried out for more of 20 years, needing a study of new types of repair mortars for abrasion, erosion and cavitation
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01 – Efeitos da erosão no concreto. ... 17
Figura 02 – Efeitos da cavitação no vertedouro da itaipu ...19
Figura 03 – Esquema da teoria dos poros ativos ... 22
Figura 04 – Vertedouro, barragem das Hoyas ... 40
Figura 05 – Procedimento para elaboração da argamassa epóxi...42
Figura 06 – Calha do vertedouro vista desde a Margem Esquerda...43
Figura 07 – Velocidade de escoamento da água na calha esquerda...44
Figura 08 – Corpos de Prova de 100mm x 200mm...45
Figura 09 – a) argamassa epóxica; b) argamassa cimentícia... 46
Figura 10 – Fluxograma de ensaios ...47
Figura 11 – a) Ensaio de compressão sendo realizada; b) Ensaio terminado...48
Figura 12 – Formas de ruptura no ensaio de determinação de resistência à tração....49
Figura 13 – Formas de ruptura no ensaio de determinação de resistência à tração....50
Figura 14 – a) e b) superfície limpa e isenta de pós ...51
Figura 15 – a) e b) Lugar onde ocorreu desprendimento da argamassa... 52
Figura 16 – a) Argamassa para ensaio de tração ...53
Figura 17 – Granalha de aço de 850 m de diâmetro e ensaio de abrasão...54
Figura 18 – a) Corpo de prova de prova para ensaio de abrasão ...55
Figura 19 – a) Ensaio de módulo de elasticidade ...56
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Argamassas utilizadas na pesquisa...37
TABELA 2 – Características do agregado miúdo...38
TABELA 3 – Características do agregado graúdo...39
TABELA 4 – Características do produto segundo o fabricante...40
TABELA 5 – Características do produto segundo o fabricante...37
TABELA 6 – Materiais utilizados para os reparos...41
TABELA 7 – Analise visual das Argamassas...52
TABELA 8 – Resultados da caracterização do Cimento...58
TABELA 9 – Módulo de elasticidade...59
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Norma Brasileira
UHI Usina Hidrelétrica Itaipu PVA Acetato de Polivinilo
ETA Estação de Tratamento de Água
AC Argamassa de base Cimentícia
AE Argamassa de base Epóxica
AQ Argamassa de base Química
SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO ... 10 1.1. PROBLEMA DE PESQUISA ... 11 1.2. JUSTIFICATIVA ... 11 1.3. OBJETIVOS ... 11 1.3.1. Objetivo Geral ... 12 1.3.2. Objetivos Específicos ... 12 1.4. HIPÓTESES ... 12 1.5. DELIMITAÇÃO ... 12 1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO ... 13 2. REFERENCIAL TEÓRICO... 14
2.1. MECANISMOS DE DESGASTE SUPERFICIAL EM ESTRUTURAS HIDRÁULICAS DE CONCRETO ... 14
2.1. DESGASTES PRINCIPAIS NA SUPERFÍCIE De CONCRETO ... 15
2.1.2. FATORES INFLUENTES NO PROCESSO DE ABRASÃO ... 18
2.1.3. CAVITAÇÃO ... 18
2.2. ADERÊNCIA ... 20
2.2.1. Mecanismo de aderência... 20
2.2.2. Zona de transição do concreto antigo e material de reparo... 21
2.2.3. Fatores que influenciam na aderência ... 21
2.2.4. Influência da interface... 22
2.3. TIPOS DE REPARO ... 24
2.4. MATERIAIS DE REPARO ... 25
2.5. PREPAROS DA SUPERFÍCIE ... 28
2.6. CONCRETO QUANTO A OS FENÔMENOS HIDRÁULICOS ... 29
2.6.1. Influência da resistência à compressão na resistência à abrasão ... 30
2.7. MATERIAIS DE REPAROS UTILIZADOS ... 30
2.7.1. ARGAMASSA CONVENCIONAL COM PONTE DE ADERÊNCIA EPÓXI. ... 31
2.7.2. Adesivo à base epóxi... 31
2.7.3. ARGAMASSA QUÍMICA ... 34
3. METODOLOGIA ... 37
3.1. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 37
3.1.2. Agregado miúdo ... 38
3.1.4. Adesivo Epóxico ... 39
3.1.5. Argamassa de Ação Química ... 40
3.2. PRODUÇÃO DE MATERIAIS DE REPARO ... 41
3.2.1. Argamassas de Reparo ... 41
4. RESULTADOSEDISCUSSÕES ... 57
4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 57
4.1.1. Resultados do ensaio do cimento ... 58
4.2. RESISTÊNCIA à COMPRESSÃO AXIAL DAS ARGAMASSAS DE REPARO ... 58
4.3. MODULO DE ELASTICIDADE ... 59
4.4. ABERTURAS DAS COMPORTAS ... 60
4.5. RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA A TRAÇÃO ... 61
4.6. RESISTÊNCIA À ABRASÃO ... 62
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS ... 64
5.1. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 64
5.2. SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS ... 65
1. INTRODUÇÃO
O concreto como estrutura, deve desempenhar funções para as quais foram feitas, devem manter a resistência suportar um período de vida previsto, além de manter as suas atribuições, quando o concreto está sujeito a forças de agua em movimento, sofrem um processo de deterioração contínua.
A durabilidade das superfícies de concreto de uso hidráulico, sendo elas abertas ou forçadas, é comprometida devido processos de deterioração contínua, ficando comprometidas devido à água em movimento, que pode causar pela ação dos sólidos abrasivos transportados na água, fenômenos conhecidos como: abrasão e erosão, assim como, o processo de deterioração provocado pela alta velocidade da água: cavitação.
Segundo NEVILLE (1997), a água apresenta um fluxo não-linear para canais abertos, que com velocidades acima de 12 m/s, pode causar uma erosão na superfície de concreto devido a cavitação, e em condutos fechados, elas podem ocorrer a partir de 7,5 m/s.
Segundo MEHTA E MONTEIRO (2008), os três principais responsáveis pela deterioração de superfícies de concreto são: abrasão, que é o desgaste causado por atrito seco; erosão que é o processo de desgaste de uma superfície causada pela ação abrasiva de fluídos ou sólidos em movimento, geralmente em superfícies com movimento de água; cavitação é a implosão de bolhas de vapor produzidas pela alta velocidade da água, que provocam a deterioração substancial de uma superfície, ela é produzida em partes do concreto onde o fluxo da água separa-se da superfície, ou seja, onde há uma variação de direção grande. O conceito de abrasão, é usado para definições de erosão, porque ambas estão relacionadas, o que torna difícil a distinção de cada uma.
Devido ao desgaste das superfícies, se faz necessário a realização de procedimentos para recuperação dessas estruturas de concreto. Desta forma, neste trabalho foram estudados três tipos distintos de materiais de reparo, os mesmos usados atualmente na realização de reparos na hidráulico na Itaipu.
1.1. PROBLEMA DE PESQUISA
Os métodos de reparos utilizados apresentam uma aderência satisfatória? Qual dos métodos de reparos utilizados é a melhor em relação a resistência a compressão, abrasão e arrancamento?
1.2. JUSTIFICATIVA
Nas estruturas de concreto da Itaipu, os reparos superficiais feitos com diferentes argamassas pela divisão de manutenção civil se desprendem em forma repetitiva, que pode ser devido a umidade no tubo de sucção, a dilatação térmica por exposição ao sol nas calhas do vertedouro, assim como, preparo inadequado do substrato e material utilizado.
Tem-se verificado nas inspeções, grandes áreas com erosões devido à |abrasão, deixando exposto o agregado graúdo sem danos próximo para as estruturas, mas sim com uma obrigação de um tratamento para reparo da superfície, de modo a evitar danos maiores e reparos que origine maior tempo de trabalho.
Toda a estrutura na Itaipu tem um cronograma de paradas e manutenções, visando a responder a demanda energética do Paraguai e o Brasil satisfatoriamente, para isso, tem diminuído os prazos para suas respectivas manutenções.
O presente trabalho surge para fornecer as principais características mecânicas das argamassas e realizar um comparativo com elas, para definir o melhor material para realização desses procedimentos em áreas afetadas pela abrasão, erosão e cavitação, ocasionadas pela força da água.
1.3. OBJETIVOS
O presente capítulo aborda os objetivos gerais do trabalho assim como os objetivos específicos.
1.3.1. Objetivo Geral
Verificar o desempenho de diferentes métodos de reparo superficial em vertedouros de concreto, submetidos a escoamentos de água.
1.3.2. Objetivos Específicos
Verificar a resposta a abrasão em relação a resistência à compressão de métodos de reparos superficiais diferentes;
Avaliar as condições de aderência ao substrato dos métodos de reparo superficial, de acordo com a técnica executiva e do tipo de material.
1.4. HIPÓTESES
A argamassa com melhor desempenho ao desgaste por abrasão será aquela com menor relação agua/cimento, por ter maior resistência a compressão entre elas.
A argamassa química sintética apresentará a menor aderência, devido a aplicação sem ponte de aderência.
A argamassa convencional com ponte de aderência epoxi, terá melhor desempenho quanto à aderência, devido a compatibilidade do material epóxi com a argamassa.
1.5. DELIMITAÇÃO
O trabalho foi elaborado com quatro tipos de reparo superficial no vertedouro da Usina Hidrelétrica Itaipu (UHI), sendo que os ensaios foram realizados
1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente trabalho será abordado em capítulos e seções para melhorar o entendimento e atender os objetivos propostos.
Este trabalho possui estrutura de cinco capítulos, distribuídos de maneira que, o primeiro é destinado a introdução, problema, justificativa, objetivos, hipóteses, delimitações e a estrutura do trabalho.
O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica, contendo informações sobre os fenômenos que desgastam os canais de concreto, explica os tipos de métodos utilizados para reparo. Contendo também, informações sobre os materiais utilizados frequentemente pelos funcionários da manutenção civil da Usina Hidrelétrica Itaipu (UHI).
No terceiro capítulo foram descritos os materiais utilizados e os métodos aplicados no desenvolvimento dos experimentos. Os métodos adotados na pesquisa são baseados na normatização técnica nacional e internacional, procedimentos disponíveis no material usado para este estudo.
Na sequência do trabalho, capítulos quatro e cinco, estão distribuídos os resultados dos experimentos realizados juntamente a análise dos mesmos. Na continuação e fechamento do trabalho, apresenta-se as referências que serviram de base para a pesquisa, desenvolvimento e conclusão deste estudo.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capitulo, foi abordado definições sobre tipos de desgastes superficiais ocasionados pelo escoamento a grande velocidade da água, o comportamento dos reparos em termos de aderência e como pode influenciar no reparo. Destacando também os tipos de reparos utilizados nas diferentes condições dos concretos afetadas pelos fenômenos da abrasão, erosão e cavitação, apresentando os diferentes materiais de reparo e métodos utilizados.
2.1. MECANISMOS DE DESGASTE SUPERFICIAL EM ESTRUTURAS
HIDRÁULICAS DE CONCRETO
A erosão ocasionada pelo desgaste da superfície nas estruturas hidráulicas de concreto, é geralmente definida como a desintegração do material que é exposto aos fenômenos de deterioração. (VILLALBA 2002).
Segundo MEHTA E MONTEIRO (2008), o concreto é produzido e dosado sobre critérios e normas estruturais, para que possa suportar as condições de cargas e sobrecargas calculadas para elas por muitos anos. No entanto, devido a uma variedade de elementos, incluindo fatores de projeto e método de construção, seleção e qualidade de materiais, alterações operacionais e interação com o meio ambiente, as estruturas padecem danos e seu grau de deterioração está diretamente relacionado a esses fatores.
Segundo VILLALBA (2002), as principais causas de desgastes superficiais podem ocorrer de algumas maneiras, sendo os principais motivos de degradação numa estrutura hidráulica de concreto são a erosão por abrasão, cavitação e ataques químicos. Proveitoso seria eliminar e acabar com a as causas de degradação destes mecanismos, mas, por muitas considerações, isto é tanto impraticável como impossível.
No sentido de recuperar as superfícies que sofreram deteriorações, foram e vem sendo desenvolvidos vários materiais e métodos de aplicação. Estes materiais e métodos de reparos devem ser acertadamente adequados ás características do fenômeno de desgaste bem como ás exigências operacionais da estrutura. Para que todo o esquema de recuperação e reparo seja executado com o maior êxito, outras
considerações têm que ser levadas em conta, como os acessos aos locais de reparo, tempo estimado de realização dos serviços, experiência e conhecimento da equipe quanto ao manuseio dos materiais, métodos de aplicações e uso dos equipamentos. (NEVILLE 1997)
De acordo com SANTANA (2004), outro fator que ainda pode ser mais importante é a compatibilidade entre o material de reparo e o concreto existente, da qual depende a duração do reparo no substrato, na qual a variação volumétrica decorrente de mudanças de temperatura, umidade e resistência de aderência devem ser estudadas e analisadas nos métodos de reparo.
Uma vez que as variações volumétricas impõem tensões na interface do material de reparo com o concreto do substrato, SELMO (2007) explica que é de suma importância o preparo da superfície a ser reparada. Uso aparelhos mecânicos para delimitação e escarificação do reparo e limpeza com ar comprimido, umedecimento e uso de adesivos são exemplos de procedimentos que devem ser tomados, dependendo do tipo de método de reparo a ser utilizado.
2.1. DESGASTES PRINCIPAIS NA SUPERFÍCIE DE CONCRETO
Segundo NEVILLE (1997), "as superfícies de concreto podem ser submetidas a ações de desgaste. Essas ações podem ser por atrito, arranhamento ou percussão. No caso de estruturas hidráulicas, a ação de materiais abrasivos transportados pela água pode resultar erosão. A cavitação é outra forma de dano ao concreto causado por água corrente". Em estruturas de concreto de barragens, o efeito danoso mais comum é a erosão.
Conforme comentado por MEHTA e MONTEIRO (2008), os processos de desgaste em superfícies de concreto podem acontecer, resumidamente, sob três formas distintas:
ABRASÃO: é o desgaste ocorrido por atrito seco, quando a superfície de concreto é utilizada como pavimento ou piso, e o tráfego de veículos é o principal agente agressor;
EROSÃO: é o desgaste provocado pelo choque de partículas sólidas suspensas em líquidos, com a superfície de concreto, geralmente de estruturas hidráulicas;
CAVITAÇÃO: é a deterioração provocada pela ruptura de bolhas de vapor formadas em fluxos de água em velocidade elevada.
No manual do ACI INTERNATIONAL (1999), são considerados como processos erosivos em estruturas de concreto a cavitação, a abrasão e os desgastes ocorridos por ataques químicos.
2.1.1. Abrasão e Erosão
O termo abrasão é definido como "desgaste provocado pelo atrito", e o termo erosão é definido como "trabalho mecânico de desgaste realizado pelas águas correntes...", segundo FERREIRA (2008). Entende-se então que, o termo abrasão refere-se ao desgaste pelo atrito seco, e a erosão pelo impacto/fricção de partículas sólidas em suspensão carregadas por um fluido, conforme apresenta NEVILLE (1997), em estruturas hidráulicas de barragens este fluido é a água.
2.1.1.1. ABRASÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO SUBMETIDAS A FORÇA DA ÁGUA
Segundo KORMANN (2002), a abrasão é causada pelo impacto de elementos transportados pela água nas estruturas hidráulicas de concreto. Quanto mais turbulentos forem os fluxos, juntamente com as forças de impacto ocasionadas pelos detritos, mais abrangente será a erosão por abrasão. Os detritos transportados pelos fluxos d'água variam desde seus tipos até suas durezas, podendo ser areias, pedras, escombros, cascalhos, restos vegetais, etc. As estruturas hidráulicas mais atingidas por processos abrasivos são as superfícies dos vertedores, as bacias de dissipação, as paredes do reservatório à montante, drenos e tubos de sucção.
Os vertedores e tubos de sucção são estruturas bastante susceptíveis à abrasão, visto que grandes quantidades de fluxo d'água sob alta velocidade passam pelas mesmas.
A abrasão em bacias de dissipação pode ocorrer devido a desvios de fluxos ocasionados por estruturas como blocos dissipadores de energia. O desvio ocasiona redemoinhos e descargas não simétricas, que juntamente com os escombros levados
pela água, aumentam a deterioração por abrasão. MCDONALD (1979). As estruturas dissipadoras de energia, como os blocos e defletores, são bastante afetadas pelo desgaste à abrasão, pois recebem o impacto direto dos escombros carregados pelo fluxo d'água.
As erosões causadas por abrasão apresentam uma superfície regular e plana na região de deterioração, exemplo Figura 01.
Figura 01: efeitos da erosão no concreto.
Fonte: Alan Brado (2018).
Segundo a ITAIPU: USINA HIDRELÉTRICA (2009), a estrutura do Tubo de Sucção das Unidades Geradoras da Itaipu é de Concreto Armado com revestimento metálico até um terço do seu comprimento. A seção do tubo é variável para permitir a máxima recuperação da energia cinética à saída da roda da turbina. Inicialmente tem um diâmetro de 8,10 m, aumentando para 9,60 m, passando por uma seção elíptica e finalmente a saída na descarga quase horizontal divide-se em dois condutos retangulares de 8,0 m x 10,0 m.
De acordo com VILLALBA (2002) o concreto, em toda a área exposta, já seja nas paredes, soleira inferior e soleira superior, sofre os efeitos de desgaste produzidos pela água em movimento, verificando-se nas inspeções periódicas de manutenção, os efeitos da abrasão e da cavitação. A vazão média passante pelo Tubo de Sucção é de 600 m3/s, e o nível normal de operação do lago é na cota 220,00 , a cota mais baixa da soleira inferior do Tubo de Sucção encontra-se na cota 66,00 m.
2.1.2. FATORES INFLUENTES NO PROCESSO DE ABRASÃO
A taxa de desgaste ou profundidade de ataque é dependente de alguns fatores, como tamanho, forma, dureza, quantidade de partículas sendo transportadas no leito do fluxo, velocidade deste e qualidade do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Nas diversas estruturas hidráulicas de concreto, fluxos turbulentos de água com diversos detritos suspensos, colidindo contra sua superfície de concreto, podem ser causadores de erosões a diversas profundidades. Grande dano por abrasão ocorreu na barragem de Dworshak, cuja abrasão consumiu um volume aproximado de concreto e fundação rochosa de 1.530 m3, e profundidades aproximadas de 2 e 3 metros (ACI INTERNATIONAL, 1999).
2.1.3. CAVITAÇÃO
A principal característica do fenômeno é a instabilidade das bolhas, visto que, quando são transportadas pelo fluxo para regiões de pressões mais elevadas, elas colapsam ou implodem repentinamente e a água preenche velozmente os pequenos vazios, pressões altíssimas são atingidas em áreas infinitesimais e em intervalos de tempo extremamente pequenos. Com a repetição deste fenômeno nas mesmas partes do concreto ou outro material, resultam as escarificações (NEVILLE, 1997).
Na Engenharia Hidráulica, a cavitação é tida como um fenômeno dos mais complexos, seja pelo seu entendimento, seja pelos diversos parâmetros que a influenciam e pela grande dificuldade de fazer sua simulação em laboratório. A cavitação pode ocorrer em fluxos de líquidos sob altas velocidades de escoamento. A velocidade pode ser considerada elevada a partir de 12 m/s, segundo MEHTA e MONTEIRO, (2008).
Quando as bolhas colapsam, a pressão chega a atingir valores da ordem de 108 atm., segundo BORSARI (1986). E quanto menores as bolhas e maiores suas quantidades, maior será o problema de deterioração.
Resumidamente, segundo BORSARI (1986), analisou a definição de alguns autores, caracterizando a cavitação como um fenômeno tipicamente hidráulico e descreveu seus três principais aspectos:
Formação de cavidade de vapor, a partir de núcleos microscópicos existentes no campo de escoamento, como consequência da pressão ter atingido em certos pontos, determinados valores críticos;
Crescimento das cavidades, como consequência de um fenômeno de evaporação e;
Colapso brusco final das cavidades, como consequência do aumento da pressão em relação aos valores críticos.
A cavitação pode ocorrer tanto em canais abertos como em dutos fechados como observado na Figura 02 o efeito da cavitação. Neste último caso, mesmo a velocidades baixas, em torno de 7 m/s, segundo MEHTA e MONTEIRO (2008), três causas podem ser responsáveis pela queda de pressão, às vezes, bem abaixo da atmosférica: sifonamento, inércia na parte interna de uma curva e irregularidades da superfície.
Figura 02 – efeitos da cavitação no vertedouro da Itaipu.
Fonte: Pedro Villalba (2002)
E é nesta ocasião que a cavitação pode ser prejudicial à superfície de escoamento do fluido. Se a força ocasionada pela implosão for superior à força de coesão do material da superfície, este pode ficar danificado.
Como a cavitação não ocorre uniformemente, a aparência da superfície que sofreu erosão por cavitação é irregular, riscada e perfurada, aspecto oposto das superfícies que sofreram abrasão (NEVILLE, 1997).
2.2. ADERÊNCIA
Aderência é um termo usado para descrever tanto a resistência mecânica como a extensão do espalhamento ou o contato direto entre a argamassa de reparo em estado endurecido e o substrato poroso. Sendo esta aderência, uma propriedade muito importante para qualquer sistema de reparo/reforço, porque sua deficiência compromete todo o sistema de restauro, tornando os reparos vulneráveis à penetração de agentes agressivos à estrutura (MORENO e SELMO, 2007).
2.2.1. Mecanismo de aderência
Ao analisar o mecanismo de aderência entre duas superfícies, SELMO (2007), explica que é importante observar que este mecanismo se desenvolve em duas etapas diferentes, porém, relacionadas entre si. A primeira ocorre quando com a argamassa ainda fresca, é a adesão inicial, em estado plástico, quando ela entra em contato com a interface porosa; a segunda etapa acontece com o endurecimento desta argamassa, definida como a própria aderência.
Referindo-se à tecnologia de argamassas, CARASEK e DJANIKIAN (1997), cita que, ao entrar em contato com o substrato parte da água usada no amassamento das argamassas é absorvida, tornando-se rica em constituinte, que penetram pelos poros, cavidades ou entre as rugosidades do interface, precipitando-se, o que fará com que estes precipitados intracapilares exercem uma ação em forma de ancoras entre as argamassas e o substrato, formando uma aderência essencialmente mecânica que é a grande responsável pela ligação promovida entre as duas superfícies.
GALEMBECK (1985) apud MATTOS (2002) citam em estudos realizados, fenômenos físico-químicos envolvidos na adesão de superfícies, associando este fenômeno da aderência às forças intermoleculares que surgem nesta região. Fenômenos como de London, de Van der Walls, eletrostáticos, estéricas, coordenativas, covalentes, de capilaridade de oclusão e derivadas de reação ácido-base. Que são consideradas desprezíveis no caso de aderência entre argamassas e concreto.
2.2.2. Zona de transição do concreto antigo e material de reparo
A zona situada na interface entre concreto de diferentes idades, de acordo com SANTANA (2004), representa a região mais fraca de uma peça reparada/reforçada e pouco se sabe de informações sobre a avaliação da zona de transição entre concretos novos e antigos.
Propriedades como, porosidade e composição química desta zona de transição, com o emprego de diferentes aglomerantes, foram estudados por GY et al. (2001 apud SANTANA, 2004) e os resultados conseguidos através de uma vasta investigação com microscópio eletrônico, mostram que, o aglomerante é um fator importante, que afeta a morfologia, forma e tamanho, mineralogia e a microestrutura da zona de transição no concreto reparado/reforçado, lesando significantemente a resistência de aderência.
FAGURY e LIBÓRIO (2002) realizaram análises entre a ligação de concretos com cimento Portland de diferentes idades, composições e resistências. Esta ligação é prejudicada por diversos fatores, tal como a recuperação de estruturas de concreto deteriorado. Com isso, eles apresentam em seus trabalhos, uma análise feita do comportamento de um sistema de reparo aplicado à recuperação de estruturas, ligações entre concretos velhos x concretos novos. Constataram que a parte mais frágil de uma estrutura reparada é a zona de interface, tanto nos materiais que a compõem como da transição entre os diferentes concretos. E com a finalidade de melhorar esta zona de transição, utilizou-se, como sistema de reparo, concretos de elevado desempenho, tendo como um fator chave para isso, a melhoria da qualidade da interface material de reparo/concreto velho.
Para ARAUJO e DEBS (2001), o mecanismo de transferência de esforços de cisalhamento, pela superfície de contato é semelhante à transferência de esforços da barra de aço para o concreto, por aderência e pode ser dividido em: adesão; atrito e ação mecânica.
2.2.3. Fatores que influenciam na aderência
O que se torna determinante no sucesso dos reparos são as características e propriedades das argamassas de reparo, o procedimento de aplicação, o tratamento
da superfície e o concreto do substrato. Para CARASEK (1996), a aderência inicialmente é determinada pela reologia da argamassa no estado fresco e pela porosidade do substrato, o que irá definir a intensidade do fenômeno da capilaridade.
Com o objetivo de estabelecer as variáveis que influenciam no mecanismo de aderência entre argamassa e substrato, MORENO e SELMO (2007), realizaram um estudo sobre argamassas de reparo superficial e concluíram que o tratamento do substrato e a reologia das argamassas, principalmente no que se refere à coesão e à consistência, são determinantes no desenvolvimento da aderência entre argamassa de reparo e o substrato de concreto.
Em um trabalho realizado por SANTANA (2004), procurou avaliar a propriedade de aderência entre os concretos de idades diferentes no comportamento de vigas de concreto recuperadas e/ou reforçadas. E foi apresentado um estudo de experiência sobre o comportamento de vigas reparadas de concreto não armadas, variando-se a resistência do concreto de reparo com o tipo de superfície de contato entre o substrato e o novo material; utilizando concretos de diferentes classes de resistência. Com os resultados experimentais obtidos comprovam que o tipo de superfície de tratamento e a resistência do material de reparo afetam a propriedade de aderência.
Após estudar pesquisas de autores diversos, MORGAN (1996), descreve que materiais de reparo à base de cimento Portland possuem propriedades adequadas para cada tipo de reparo, a exemplo de uma determinada umidade para cada superfície do substrato, resultando em uma máxima aderência. Ele apresenta então, como melhor superfície para receber materiais de recuperação, um substrato úmido com superfície seca. De acordo com TULA et al (2003), pouco se investe em questões como: garantir baixa retração, boa aderência e compatibilidade dos materiais de reparo com as propriedades mecânicas do substrato e ainda, com as mudanças volumétricas, de temperatura e de umidade da estrutura, que em muitos casos são decisivas para o sucesso total do reparo.
2.2.4. Influência da interface
Uma das variáveis que influenciam na resistência de aderência da argamassa é a superfície onde ela é aplicada. De acordo com CINICOTTO et al
(1995), as características da base, como a porosidade, absorção de água, textura, resistência mecânica e a natureza do aglomerante influenciam significativamente na adesão e na aderência.
Baseado em CARASEK (1996), quando a argamassa em entra em contanto com o substrato, parte da água que está no aglomerante penetra nos poros e cavidades do mesmo, ocorrendo a transferência dos produtos que hidratam o cimento, assim exercendo a ancoragem da argamassa na base, este processo pode ser denominado como teoria dos poros ativos.
O esquema de teoria dos poros ativos está representada na Figura 03, onde o no primeiro quadro ocorreu a aplicação da argamassa fresca, e imediatamente a agua começa a fluir para o substrato, no segundo quadro mostra o momento equilibro entre a sucção capilar e as forças físico-químicas de retenção de água alcançada, os raios capilares da argamassa se tornam igual os da base interrompendo o fluxo da água, no terceiro quadro apresenta a precipitação dos elementos da argamassa no interior só substrato, após acontecendo o endurecimento da argamassa e assim a formação da aderência (GASPERIN, 2011).
Figura 03 - Esquema da teoria dos poros ativos
Fonte: GASPERIN (2011)
Segundo PAES, BAUER e CARASEK (2005), não é apenas as propriedades microestruturais da argamassa como a porosidade que influenciam na aderência, mas também através da microancoragem influenciada por características como a rugosidade só substrato.
De acordo com PRETTO (2007), as irregularidades naturais ou criadas presentes na superfície do substrato, melhoram a relação com o revestimento
resistindo mais a esforços de tração e cisalhamento, aumentando assim a resistência de aderência.
2.3. TIPOS DE REPARO
Segundo SOUZA e RIPPER (1998), quando os serviços a serem executados numa estrutura, não implicarem na introdução de materiais com a finalidade de aumentar ou de reconstituir a capacidade portante dela, chamamos a eles trabalhos de recuperação ou de reparo da estrutura, em caso contrário são chamados de reforço. De acordo com a profundidade dos danos, os serviços de reparo ou recuperação podem ser classificados em reparos rasos ou superficiais, reparos semi-profundos e reparos semi-profundos, sendo que os reparos rasos, por sua vez, são classificados em pequenas ou em grandes áreas, de acordo com a dimensão da área a intervir.
Figura 04 – Vertedouro, barragem das Hoyas.
Os reparos rasos ou superficiais são aqueles com profundidade inferior a 2 cm, sendo considerados de pequenas áreas os que forem executados em superfícies de até 15 cm2, e os demais considerados de grandes áreas.
Os reparos semi-profundos são aqueles cuja profundidade está entre 2 e 5 cm, normalmente atingindo as armaduras. Quando atingida a armadura, deverá ser efetuada uma limpeza de 2 a 3 cm de profundidade ao redor dela.
Os reparos profundos são aqueles que atingem profundidades superiores a 5 cm. Para executar o reparo, as cavidades deverão ser cuidadosamente preparadas, removendo-se todo o concreto danificado até que o concreto são seja atingido. A superfície deverá apresentar-se rugosa para permitir a aderência do material de reparo (SOUZA e RIPPER 1998).
2.4. MATERIAIS DE REPARO
SOUZA e RIPPER (1998) citam vários tipos de materiais para reparo, porém os mais utilizados frequentemente nos reparos de superfícies hidráulicas são os seguintes:
2.4.1. Reparos com argamassas
Esta é uma técnica que pode ser utilizada para reparos superficiais de qualquer tamanho em área, mas apenas para pequenas profundidades, más mantendo certa relação com a área. Normalmente é empregada apenas para os casos em que o que está deteriorado é a camada de concreto de cobrimento das armaduras.
O material a ser utilizado dependerá da natureza do serviço, das causas que o tornaram necessário e da finalidade do elemento estrutural. A argamassa a ser utilizada em reparos superficiais de concreto deve ser definida basicamente em função da deterioração ocorrida, na qualidade final desejada e no custo.
2.4.1.1. Argamassa convencional de cimento e areia
Trata-se de uma argamassa comum de cimento, areia e água, geralmente confeccionada no traço 1:3 em volume e com fator água cimento de 0,45. Ela pode ser aplicada diretamente sobre a superfície tratada, ou sobre uma ponte de aderência que pode ser epóxica, acrílica ou a base de PVA. No caso de reparos superficiais em grandes áreas, a argamassa deve ser aplicada por faixas de no máximo 1 m de largura e com uma espessura máxima de 1 cm, para diminuir os efeitos da retração.
No caso de reparos semi-profundos e profundos, o serviço deve ser executado por camadas de no máximo 1 cm de espessura, pressionando com força contra a camada anterior.
2.4.1.2. Argamassa seca
Conhecida como argamassa farofa, embora possa ser utilizada para preencher cavidades diversas com pelo menos 25 cm de profundidade, deve ser evitada para revestimentos extensos, com grandes áreas superficiais ou em locais de difícil acesso como atrás das armaduras. Também deve ser aplicada em camadas de no máximo 1 cm de espessura, compactadas energicamente.
2.4.1.3. Argamassa convencional com polímeros
São argamassas de cimento e areia com adição de resinas sintéticas poliméricas que permitem a redução da água da mistura mantendo a plasticidade, reduzem a permeabilidade e aumentam a aderência SIKA (2015). Estes aditivos podem ser de base PVA ou de base acrílica.
2.4.1.4. Argamassa epóxica
aglomerante é uma resina epóxica. Elas possuem elevadas resistências mecânica e química, além de apresentarem excepcional aderência ao aço e ao concreto. São recomendadas para recuperação de superfícies de vertedouros, canais e bordas de juntas de dilatação, pistas e rodovias de concreto e elementos expostos a agentes agressivos. Também para casos em que haja necessidade de liberação da estrutura em poucas horas após a execução do serviço.
2.4.2. Reparos com concreto
Segundo VILLALBA (2002), esta é uma técnica que tem que ser utilizada para reparos maiores a 5cm de espessura, e com mais de 1m2 de superficie total.
2.4.2.1. Reparo com concreto convencional
Consiste na substituição do concreto defeituoso ou deteriorado por um outro de boa qualidade e que tenha a maior afinidade possível com o concreto base. O concreto de reposição deve ter, no mínimo, resistência igual à do concreto existente na estrutura, possuir granulometria e diâmetro máximo do agregado compatíveis com o serviço e apresentar uma trabalhabilidade conveniente, que poderá ser melhorada com o uso de aditivos fluidificantes (VILLALBA 2002).
2.4.2.2. Reparo de concreto com adesivo
Consiste na utilização de concreto convencional com adição de adesivo epóxico, adesivo a base de PVA ou com adesivo acrílico, o adesivo a base de PVA aumenta a trabalhabilidade e a permeabilidade da argamassa (VILLALBA 2002).
2.5. PREPAROS DA SUPERFÍCIE
É de essencial importância o correto preparo da superfície de concreto que receberá o adesivo e depois o novo material de reparo.
Segundo AGUADO (1996) um reparo de boa qualidade, deve começar com uma adequada preparação das superfícies de concreto que as receberão, agrega, ainda, que os tratamentos das superfícies do substrato não visam unicamente eliminar as substâncias que as contaminam e dar-lhes rugosidade suficiente para incrementar a aderência, também eliminar as superficiais frágeis e modificar, inclusive, a natureza química destas para que se tornem mais reativas frente às moléculas do adesivo empregado.
MORGAN (1996) alerta que, ao utilizar-se um método de escarificação mecânica como preparo de superfície, seja removida, posteriormente, com jato de areia ou água em alta pressão, a camada superficial obtida, pois esta pode conter argamassa e agregados graúdos fissurados, resultando em um plano de baixa resistência logo abaixo da linha de adesão. MORGAN (1996) relaciona diversas obras em que ocorreram falhas de aderência pelo motivo exposto acima.
DE SOUZA E RIPPER (1998) alerta que a preparação da superfície do substrato por remoção mecânica do concreto danificado necessariamente danificará a capa de concreto sadio imediatamente após o material removido, sendo essencial que se danifique ao mínimo essa capa.
Ainda sobre o preparo da superfície do substrato, SOUZA E RIPPER (1998), após realizar testes de arrancamento para avaliar e comparar a influência dos tratamentos de superfícies apenas jateadas com areia e superfícies tratadas com escarificação e posteriormente jateadas com areia, concluiu que, comparativamente, a segunda fica mais bem preparada, porém mais susceptível às ocorrências de microfissuras na interface, o que acarretou rupturas sobre esforços mais baixos.
Algumas ocorrências são citadas por EMMONS (1993), entre elas pode-se relacionar a limpeza e resistência do substrato necessárias para a aplicação do adesivo, a rugosidade suficiente para um engastamento mecânico entre o substrato e o adesivo (ou material de reparo em si), poros abertos na superfície para possibilitar esse engastamento e viscosidade suficiente do material de reparo (ou adesivo) para penetrar nesses poros.
2.6. CONCRETO QUANTO A OS FENÔMENOS HIDRÁULICOS
Segundo NEVILLE (1997) as superfícies de concreto podem ser submetidas a desgaste em muitas circunstâncias. O estudo das propriedades dos concretos e de suas superfícies é fundamental para que as suas resistências ao desgaste sejam majoradas. DE SOUZA E RIPPER (1998) preconiza que a erosão por abrasão pode ser reduzida através de: emprego de concretos de alto desempenho, uso de agregados resistentes à abrasão e menor abatimento possível, com vistas a diminuir o teor de pasta na mistura.
A possibilidade de utilização ou de argamassa ou de concreto de alto desempenho deve ser seriamente estudada quando se tem um reparo em superfície de concreto a executar, principalmente em ambientes úmidos. A adição de pozolanas altamente reativas e a baixa relação a/c (água/cimento) fazem com que estes materiais sejam indicados para reparos, pois a baixa relação a/c faz com que o reparo não sofra grandes deformações por retração por secagem e, portanto, gerando tensões na interface reparo/substrato mínimas. Como os módulos de deformação e coeficientes de expansão térmica não são muito diferentes, a zona de aderência seria assumida como um material monolítico.
LEONARDO (2002) afirma que aplicado em um concreto velho (substrato) com uma superfície limpa, rugosa e úmida, um concreto com sílica ativa confere uma aderência de 100%, com pequeno erro. A competitividade desses materiais é garantida pelo baixíssimo custo, versatilidade, fácil aplicação e preparo e uma técnica amplamente difundida.
AGUADO (1996) reconhece que uma boa seleção do concreto a ser executado pode aumentar a resistência à erosão por abrasão do mesmo, mas, por si só, este concreto não é capaz de eliminar os riscos de abrasão.
MEHTA E MONTEIRO (2008) relatam que a pasta cimentícia não possui alta resistência ao atrito e que a vida útil do concreto pode ser reduzida sob situações de desgaste repetitivo, especialmente quando essa pasta apresenta alta porosidade ou baixa resistência.
Baseados no ACI (1999), os autores citam que a resistência do concreto deve ser de 28 MPa, no mínimo, para obter-se superfícies de concreto resistentes à abrasão. Contudo, onde há erosão severa, os autores recomendam o uso de concretos com fck igual a 41 MPa e cura úmida durante 7 dias, no mínimo. Os autores
supracitados concordam com ANDRIOLO (1984) e NEVILLE (1997) quando preconizam que a camada superficial do concreto, mais fraca que o interior devido ao fenômeno de exsudação, é de extrema importância para o desempenho do concreto à abrasão. Por isso, são recomendados vários tratamentos desta camada, como a aplicação de vácuo ou fôrmas absorventes para retirada do excesso de água da superfície e o uso de aditivos endurecedores de superfície.
Segundo LEONARDO e outros (2002), a resistência à abrasão de um concreto está relacionada às suas características superficiais e resistência à compressão. Os autores destacam que a resistência ao desgaste é proporcional à resistência à compressão e depende muito da granulometria e da coesão do concreto; estabelecem que o consumo mínimo de cimento deve ser de 350 Kg/m³ e afirmam que a umidade elevada facilita a segregação.
2.6.1. Influência da resistência à compressão na resistência à abrasão
A resistência à compressão não é a única propriedade das argamassas de reparo e os concretos que torna o uso das mesmas vantajosos, mais ela é, sem duvida, importante, segundo PIERRE-CLAUDE (2000) a resistência à compressão está estreitamente relacionada às mesmas características da microestrututa do concreto que também governam outras propriedades, tais como o módulo de elasticidade e durabilidade aos efeitos externos.
Segundo CHODOUNSKY (2007) é intuitivo associar a resistência à compressão dos concretos com a resistência ao desgaste, pois a qualidade matriz e aderência entre o aglomerante e os agregados aumenta com a elevação da resistência, mais também ressalta que a resistência ao desgaste é uma propriedade da camada superficial do concreto, sendo esta a propriedade influenciada por outros fatores além da resistência à compressão.
2.7. MATERIAIS DE REPAROS UTILIZADOS
Os materiais utilizados usualmente nos reparos das estruturas hidráulicas na UHI, são detalhadas nas seguintes seções.
2.7.1. ARGAMASSA CONVENCIONAL COM PONTE DE ADERÊNCIA EPÓXI.
Segundo ACOSTA (2002) a argamassa convencional nos reparos de estruturas hidráulicas, utilizam um adesivo epóxi como ponte de aderência, seguido de uma espécie de argamassa farofa para encher os espaços dos reparos, é feita uma compactação com a colher de pedreiro e feita a terminação com espátula, deixando ela com a menor porosidade possível. O traço utilizado para as argamassas é de 1:3, uma parte de cimento e três partes de areia, quando o reparo for menor que três centímetros de profundidade. Quando a profundidade ou espessura do reparo for maior a três centímetros é utilizado um traço de 1:3:3, com uma parte de cimento, três partes de areia e três partes de pedrisco, sendo denominada de micro-concreto.
2.7.2. Adesivo à base epóxi
O produto utilizado foi o MC-DUR 1300 da empresa MC-Bauchemie, especializada em química, onde tem produtos específicos para a construção, este produto é segundo a empresa um adesivo epóxi bi componente, isento de solventes. Segundo MC-BAUCHEMIE (2015) o aglomerante epóxi é formulado para usos diversos: como ponte de aderência entre o concreto antigo e novo, na união entre aço e concreto, ancoragem de chumbadores e muitos outros materiais. Devido à sua fluidez, é indicado para aplicação em superfícies horizontais onde seja necessária ou possível a aplicação por gravidade, na realização de argamassa com base epóxica. Os funcionários de manutenção da UHI, utilizam o produto como aditivo nas argamassas de reparo, sendo a dosagem de (1:4), 1 kg de adesivo epóxi e 4 kg de areia, misturadas numa cuba com um misturador mecânico de baixa rotação, sem adição de água.
Como ponte de aderência é utilizado o mesmo produto, e a argamassa é utilizada apenas é terminada sua mistura total
Segundo o fabricante, o produto tem as seguintes descrições:
O fabricante MC-BAUCHEMIE (2015), cita e indica o aglomerante para as mais diversas aplicações, tais como:
Colagem de chapas metálicas em concreto;
Colagem de concreto velho com novo;
Reparos de arestas, trincas e defeitos superficiais em concreto aparente;
Juntas de concretagem (juntas frias);
Restauração de aderência;
União de soleiras construídas in situ sobre pavimentos de concreto;
Ancoragem de aço em concreto;
Fixação de chumbadores, calhas e guias;
Ancoragem de aço em concreto em grandes diâmetros;
Colagem de elementos pré-moldados;
Colagem não estrutural de peças soltas de azulejos em piscinas com água
2.7.2.2. Propriedades e Benefícios
As propriedades e benefícios são descritas por MC-BAUCHEMIE (2015):
Alto rendimento;
Fluidez;
Fácil aplicação permite o uso em várias áreas verticais e horizontais (exceto fundo de viga e lajes);
Excelente aderência;
Resistência à tração superior ao próprio concreto;
2.7.2.3. Aplicação do Produto:
Segundo o fabricante, para a aplicação do produto, segue as seguintes instruções:
2.7.2.3.1. Preparo do Substrato
Segundo MC-BAUCHEMIE (2015), a superfície que irá receber o produto deverá estar preferencialmente seca e isenta de pó, partículas soltas, óleos, graxa, etc. Se necessário, fazer um tratamento superficial com jatos de areia ou mecanicamente, de modo a garantir a limpeza. Preparo do Produto recomenda preparar o produto somente após a finalização do preparo da superfície. O epóxi já vem na proporção correta de mistura.
2.7.2.3.2. Aplicação do Produto
O epóxi deve ser aplicado com espátula ou outros meios equivalentes, tendo o cuidado de formar uma camada de espessura controlada e contínua, assegurando cobrir toda a superfície de união. No caso de aplicação para colagem de concreto antigo com novo, o lançamento do concreto novo deverá ser realizado sobre o epóxi ainda fresco. É recomendado aplicar uma espessura entre 1 e 2 mm Não devem ser adicionados solventes ao produto. Aplicar o produto epóxico em temperaturas entre 10ºC a 35ºC (MC-BAUCHEMIE 2015).
2.7.2.4. Manuseio
Utilizar EPI’s adequados: luvas e botas impermeáveis, óculos se segurança química. Evitar contato com a pele e olhos; o contato prolongado com a pele pode causar dermatites. Não beber, comer ou fumar durante o manuseio; lavar as mãos antes de uma pausa ou depois do trabalho.
2.7.2.4.1. Armazenagem
Manter as embalagens fechadas em local coberto, ventilado, seco, longe das intempéries, fontes de calor, alimentos e bebidas. Evitar contato com ácidos e outros oxidantes. Minimizar a geração de poeira. Armazenar longe do alcance das crianças. Validade 24 meses desde que estocado conforme as recomendações.
2.7.3. ARGAMASSA QUÍMICA
Segundo o fabricante BASF (2016), a argamassa SET 45 (que foi escolhida) é um produto utilizado para reparos de concreto e fixação de chumbadores ou ancoragens, que permite a utilização da área em tempo muito curto (aproximadamente 45 minutos), e não necessita de ponde de aderência ou cura. O produto é utilizado pelo pessoal de manutenção civil da UHI, diretamente com adição de agua em um 9% em relação a um embalagem de 25 kg, para reparos de até 3 cm de profundidade, e para reparos com profundidades maiores a 3 cm, é adicionado 15 kg de pedrisco.
2.7.3.1. Campos de aplicação
O fabricante BASF (2016), cita e indica o aglomerante para as mais diversas aplicações, tais como
Áreas industriais;
Indústrias químicas e de alimentos;
Áreas sujeitas a derramamento ou produtos agressivos;
Corredores e escadas, áreas de circulação leve a moderado;
2.6.3.1. Propriedades e benefícios
Segundo a empresa, o produto apresenta as seguintes propriedades e benefícios.
Facilidade de aplicação;
Dispensa de qualquer tipo de cura;
Obtenção de altas resistências em prazos muitos curtos;
Excelente aderência a concreto, aço e alvenaria;
Coeficiente de dilatação térmica comparável ao do concreto;
Não apresenta retração hidráulica;
Permite utilização praticamente imediata.
2.7.3.2. Aplicação do produto
Argamassa de ação química (SET 45) deve ser aplicado com espátula ou outros meios equivalentes, tendo o cuidado de formar uma camada de espessura controlada e contínua
2.7.3.2.1. Preparo do substrato
Segundo a BASF (2016), a superfície que irá receber o produto deverá estar preferencialmente seca e isenta de pó, partículas soltas, óleos, graxa, etc. Se necessário, fazer um tratamento superficial com jatos de areia ou mecanicamente, de modo a garantir a limpeza. Preparo do produto o fabricante recomenda preparar o produto somente após a finalização do preparo da superfície, pois o tempo de uso a partir da adição da agua é de 45 minutos.
2.7.3.2.2. Aplicação do produto
O produto deve ser misturado e aplicado em até 10 minutos em temperatura ambiente. Misturar apenas as quantidades a ser utilizadas, sempre com um
misturador mecânico de baixa rotação. Para os reparos de 1,2 a 3cm é adicionado 2,5 litros de agua para embalagens de 25 kg, e os reparos acima de 3cm, é adicionado 2,5 litros de agua e também 15kg de pedrisco.
2.7.3.2.3. Cuidados importantes
Segundo a empresa BASF (2016), os cuidados a ter em conta:
Não adicionar cimento Portland a argamassa química;
Não adicionar areia ou outros materiais finos;
Não usar para reparos com espessura menor do que 12mm;
O teor de água é crítico. Excesso de água provocará exsudação e queda de resistência;
A superfície na qual a AQ será aplicada deverá estar limpa, sem poeiras, óleo ou graxa, seca e sem lascas soltas;
Evitar reparos com bordas em cunha. Recomenda-se cortar as bordas da área do reparo perpendicularmente à superfície exposta, de preferência com disco de corte;
A mistura fresca da AQ não deve entrar em contato com alumínio ou zinco (peças galvanizadas);
Quando a temperatura estiver acima de 25°C, recomendamos o uso de água fria entre 10°C e 15°C - para a mistura. Para prolongar o tempo de aplicação, se for o caso, o misturador e o pedrisco também devem ser resfriados;
O local de aplicação, quando fechado, deve ser bem ventilado até cerca de uma hora após a aplicação, devido ao desprendimento de gases;
Não usar como graute de extrema precisão, apenas para grauteamentos convencionais;
3. METODOLOGIA
A metodologia baseou-se na pesquisa bibliográfica, ensaios experimentais e procedimentos utilizados pelo pessoal da manutenção civil da UHI para reparos. Foram analisadas três tipos de materiais diferentes e quatro tipos de métodos.
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tecnologia do Concreto da Itaipu Binacional, no Pátio de jateamento de granalhas da Itaipu Binacional e no Laboratório de Estruturas e Dosagem do Concreto do Centro Universitario Dinamica das Cataratas (UDC), na cidade de Foz do Iguaçu.
Para os ensaios foram realizados três tipos de argamassas de reparo listadas na Tabela 1, uma de base cimenticia, uma de base epóxica e a tercera uma argamassa de ação química.
Para executar os materiais de reparo, procurou-se simular tanto possivel os procedimentos comunmente utilizados pela Manutenção Civil da UHI, ou seja, os traços utilizados e a metodología de aplicação.
Tabela 1 – Materiais de reparo utilizados na pesquisa
Tipo de reparo Relação
Cimento/Areia Relação Epóxi/Areia Relação Água/Cimento Argamassa cimentícia AC 1:3 - 0,48 Argamassa epoxídica AE - 1:4 -
Argamassa de ação química AQ - - 0,09
Fonte: AUTOR (2018)
3.1. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
3.1.1. Cimento Portla
As análises físicas e químicas do cimento a utilizar foram realizadas conforme as Normas Brasileiras com o objetivo de determinar e verificar se o produto se encontra dentro das especificações do fabricante, feitos no Laboratório de Tecnologia do Concreto da Itaipu Binacional, segundo as normas NBR 5739 (2007)
para ensaio de compressão em corpos de provas cilíndricos e a NM 23 (2000) para a Determinação da massa específica. O cimento utilizado foi o Cimento Portland Yguazu CPII C-32, fornecidos em sacos de 50 kg, utilizadas pela equipe da manutenção civil da UHI.
3.1.2. Agregado miúdo
Foi utilizada areia natural quartzosa do estoque da Itaipu Binacional, proveniente do rio Paraná e utilizada no concreto de construção da Barragem. Os ensaios físicos foram feitos no Laboratório de Tecnologia do Concreto da Itaipu Binacional, segundo a NBR 7217 (1987) para a determinação da granulometria e a NM 52 (2002) para a determinação da massa específica e massa específica aparente. Os resultados obtidos na caracterização do material são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 – Características do agregado miúdo
Agregado Características Resultados Normatização
Diâmetro máximo 0,6 mm NBR 7217 (1987)
Peso esp. aparente 1,50 g/cm³
Peso específico 2,66 g/cm³ NBR NM 52 (2002)
Peso específico saturado 2,64 g/cm³
Absorção 0,4 %
Módulo de finura 1,79 -
Fonte: AUTOR (2018)
Areia quartzosa com diâmetro máximo igual a 0,6 mm. O módulo de finura foi igual a 1,79, peso específico aparente igual a 1,50 g/cm3, o peso específico igual a 2,66 g/cm3, o peso específico saturado superfície seca foi igual a 2,64 g/cm3, com uma absorção de 0,4%.
3.1.3. Agregado Graúdo
Foram utilizadas agregados do estoque da UHI, brita 0 para a realização do Reparo. Os ensaios físicos foram feitos no Laboratório de Tecnologia do Concreto da Itaipu Binacional, segundo a NBR 7217 (1987) para a determinação da granulometria e a NM 53 (2002) para a determinação da massa específica e massa específica aparente e absorção de água.
Os resultados obtidos na caracterização do material são apresentados na tabela 3.
Tabela 3 – Características do agregado graúdo
Agregado Características Resultados Normatização
Diâmetro máximo 9,50 mm
Peso esp. Aparente 2,88 g/cm³
Peso específico 3,06 g/cm³ NBR NM 52 (2002)
Peso esp. Sat. 2,94 g/cm³
Absorção 2,04 %
Módulo de finura 5,62 -
Fonte: AUTOR (2018)
3.1.4. Adesivo Epóxico
Foram utilizadas resinas epóxis bi componentes (AB), utilizadas segundo as recomendações do fabricante, ela pode ser usada tanto como ponte de aderência assim como argamassa de reparo, misturado com agregado.
A argamassa epóxi foi preparada misturando primeiramente a resina A com o catalizador B, usando um misturador mecânico por 3 a 5 minutos, até obter uma mistura homogênea, imediatamente foi misturado com areia natural de forma manual, com uma dosagem de 1:4 (1kg de resina epóxica/areia), resultando assim segundo o fabricante um material de alta resistência mecânica e química, com alta resistência as cargas e a abrasão.
Tabela 4 – Características do produto segundo o fabricante
Características Valor
Densidade 1,60 kg/L
Consumo 0,80 – 1 kg/m2
Tempo de trabalho 50 minutos
Resistência à compressão ≥ 60 MPa
Resistência à tração ≥ 10 MPa
Fonte: o fabricante, 2018
3.1.5. Argamassa de Ação Química
A argamassa química que foi utilizada é um material mono componente, segundo o fabricante com boas propriedades adesivas, alta resistência a carbonatação, possibilidade de aplicação manual como projetada, espessuras sem agregados de até 25 mm, é adicionada 9% de água em relação a massa da argamassa, fornecidos em sacos de 25 kg, utilizadas para reparos que tem que ser realizados em curto tempo por sua facilidade de amassamento e aplicação sem ponte de aderência.
A Tabela 5 apresenta as características do produto segundo o fabricante.
Tabela 5 – Características do produto segundo o fabricante
Características Valor
Densidade 2,11 kg/L
Consumo 25,2 – 52,2 kg/m2
Tempo de trabalho 40 minutos
Resistência à compressão ≥ 50 MPa
Resistência à tração (Sem informação)
3.2. PRODUÇÃO DE MATERIAIS DE REPARO
As analises físicos foram baseadas nas Normas Brasileiras, e em pesquisas bibliográficas, em caso de não encontrar as respectivas normas para cada caso, onde os materiais de reparo foram feitos da mesma forma que os realizados pelo pessoal de manutenção da UHI para obter o resultado mais próximo à realidade. Os materiais utilizados foram adquiridos do almoxarifado da mesma Itaipu, sendo o cimento, areia, brita, material epóxico e a argamassa polimérica as mesmas utilizadas para os reparos, todos os materiais obtidos e utilizados constam na Tabela 6.
Tabela 6 – Materiais utilizados para os reparos
Materiais Utilizados Uso
Cimento Portland Yguazu
CPII C-32 AC
Areia Lavada do Rio
Paraná AC/AE
Material Epoxico MC-DUR
1300 AE
Argamassa Química
Basf-set45 AQ
Água AC/AE/AQ
Fonte: Autor, 2018
3.2.1. Argamassas de Reparo
Para realizar os reparos, foram moldados corpos de prova seguindo as indicações e métodos utilizados nos reparos das estruturas hidráulicas de concreto na UHI, procurou-se realizar as mesmas argamassas com as mesmas condições
3.2.1.1. Material de reparo convencional
O material de reparo foi preparado na dosagem fornecida pela divisão de Manutenção Civil, nos traços 1:3:3 (cimento/areia/brita 0) utilizado para os reparos na superfície do tubo de sucção e na superfície do vertedouro, adicionando uma relação de água/cimento de 0,4 a 0,5, foi escolhido para a preparação da argamassa uma relação de agua/cimento de 0,48. No processo foi utilizado misturador mecânico de concreto de baixa rotação, com capacidade de 50 litros e balança de calibração automática de +/- 1g de precisão.
Foi determinado o índice de consistência utilizando a mesa para índice de consistência de acordo com a NBR 7215/96.
3.2.1.2. Argamassa epoxídica
A argamassa epóxi, é utilizada comumente nos reparos onde existem maior umidade relativa do ar como no tubo de sucção, para reparos de até 5cm de profundidade, tem como função preencher regularizar superfícies, utilizando o mesmo material epóxico (adesivo epóxi A+B) como ponte de aderência entre o substrato a ser tratado e a argamassa.
Foi preparado utilizando uma base metálica e de forma manual com as instruções do pessoal de manutenção encarregada dos reparos, conforme mostrado na Figura 05, com um traço de 1:4 (resina epóxi/areia).
Figura 05: Procedimento para elaboração da argamassa epóxi.
3.2.1.3. Argamassa química
Para a argamassa química foi realizada a mistura direta com água, agregando 9% de água em relação à massa total da argamassa segundo a recomendação do fabricante, foi utilizada batedeiras mecânicas de duas velocidades, de acordo com as indicações da NBR 7215 (1996).
3.3. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE
Primeiramente, foi escolhido o local onde se executariam os ensaios experimentais reproduzindo um reparo real com atuação in-situ real. O objetivo desse procedimento foi realizar o reparo num lugar onde a avaliação poda ser feita tanto quantitativa como qualitativamente.
O local escolhido para o ensaio de tração das argamassas de reparo, foi o canal esquerdo do vertedouro, na Figura 06 ilustra a calha escolhida para o reparo da abrasão.
Figura 06 – Calha do vertedouro vista desde a Margem Esquerda
