SILVIA FRAZO MATOS

AVALIAO DE INSTRUMENTOS PARA AUSCULTAO DE BARRAGEM DE CONCRETO. ESTUDO DE CASO: DEFORMMETROS E TENSMETROS PARA CONCRETO NA BARRAGEM DE ITAIPU

Dissertao apresentada como requisito obteno de grau de Mestre. Curso de Ps-graduao em Engenharia Civil nfase em Construo Civil, Universidade Federal do Paran. Orientador: Prof Dr Carlos Aurlio Nadal

CURITIBA 2002

Ao meu pai, me, irmo, cunhada e aos amigos, fontes da minha inspirao...

AGRADECIMENTOS

A Itaipu Binacional que abriu suas portas para este mestrado inovador e para a realizao deste trabalho. A toda a equipe do Laboratrio de Concreto da Itaipu Binacional pelo suporte prestado e a amizade. Em especial aos tcnicos Antonio Salm, por ter ajudado minha pesquisa, abrindo os instrumentos do estudo e Jos de Sousa Porto pelo auxlio com os grficos, dados e arquivo relativos aos instrumentos. Aos colegas de mestrado pelo companheirismo, em especial aos colegas Evangelista Caetano Porto, Cludio Issamy Osako e Ademar Sergio Fiorini. A Soeli e Maristela pela disposio e alegria no atendimento na secretaria do curso de ps-graduao.

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SUMRIOLISTA DE ILUSTRAO............................................................................ LISTA DE TABELAS.................................................................................... LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS................................................... ABSTRACT..................................................................................................... RESUMO......................................................................................................... 1.0 INTRODUO...................................................................................... 2.0 - SEGURANA ESTRUTURAL DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO..................................................................................... 2.1 GENERALIDADES................................................................................ 2.2 SISTEMAS DE INSTRUMENTAO DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO....................................................................................... 2.2.1 Instrumentao da estrutura.................................................................. 2.2.2 Grandezas monitoradas devido ao tipo de barragem de concreto........ 2.3 FREQUNCIA DE LEITURA DOS INSTRUMENTOS DE AUSCULTAO.............................................................................. 2.4 AQUISIO, PROCESSAMENTO E APRESENTAO................... 3.0 INSTRUMENTOS ESTUDADOS....................................................... 3.1 DEFORMMETROS PARA CONCRETO OU DEFORMMETROS... 3.1.1 Generalidades....................................................................................... 3.1.2 Caractersticas tcnicas......................................................................... 3.1.3 Componentes........................................................................................ 3.1.4 Instalao ............................................................................................. 3.1.5 Descrio de funcionamento................................................................. 3.1.6 Determinao da temperatura............................................................... 3.1.7 Calibrao............................................................................................. 3.1.7.1 Obteno da constante de calibragem f.......................................... 3.1.7.2 Obteno da constante de temperatura b....................................... 3.1.7.3 Determinao da constante de correo b...................................... 3.1.8 Emendas no cabo.................................................................................. 3.1.8.1 Emendas usando fita auto-fusiva....................................................... 3.1.8.2 Emendas usando resina epoxdica..................................................... 3.1.9 Caixa atensorial.................................................................................... 3.1.9.1 Introduo.......................................................................................... 3.1.9.2 Instalao........................................................................................... 3.1.10 Programa de leitura............................................................................. 3.1.11 - Clculo da origem dos medidores de deformao.............................. 3.2 TENSMETRO PARA CONCRETO.................................................... 3.2.1 Caractersticas tcnicas......................................................................... 3.2.2 Componentes........................................................................................ 3.2.3 Instalao.............................................................................................. 3.2.3.1 Medidor no plano horizontal............................................................. 3.2.3.2 Medidor no plano inclinado............................................................... 3.2.4 Princpio de funcionamento.................................................................. 3.2.5 Anormalidades eventuais e suas causas................................................ 4.0 EXPERIMENTOS EM ITAIPU.......................................................... 4.1 EXPERIMENTOS REALIZADOS EM LABORATRIO.................... 4.1.1 Generalidades..................................................................................... iii v vi vii viii 01 03 03 06 08 22 24 25 28 28 28 32 32 33 42 43 44 44 45 46 47 47 49 50 50 51 51 52 53 53 55 55 55 56 57 57 58 59 59

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4.1.3 Experimento no laboratrio de Itaipu................................................... 4.2 AVALIAO COMPARATIVA ENTRE TENSMETROS E DEFORMMETROS.......................................................................... 4.3 EXPERIMENTOS PROPOSTOS........................................................... 4.3.1 Desempenho de tensmetros para concreto de modelos diferentes...... 4.3.2 Desempenho das rosetas de deformmetros de modelos diferentes...... 4.3.2.1 Anlise da temperatura...................................................................... 4.3.2.2 Anlise das tenses............................................................................ 4.2.2.3 Anlise dos componentes internos dos deformmetros..................... 5.0 CONCLUSES E RECOMENDAES............................................ 5.1 - QUANTO A TEMPERATURA............................................................... 5.2 - QUANTO AO FUNCIONAMENTO...................................................... 5.3 - QUANTO AO TEMPO DE FUNCIONAMENTO.................................. 5.4 - RECOMENDAES.............................................................................. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.......................................................... BIBLIOGRAFIA............................................................................................ ANEXO 01: GRAFICO 07: INSTRUMENTOS DANIFICADOS DE AMBOS OS MODELOS.......................................................... ANEXO 02: GRAFICO 08: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO A-10, RD A 01........................................................ ANEXO 03: GRAFICO 09: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO A-10, RD F 01......................................................... ANEXO 04: GRAFICO 10: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD A 02....................................................... ANEXO 05: GRAFICO 11: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD A 03....................................................... ANEXO 06: GRAFICO 12: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 71........................................................ ANEXO 07: GRAFICO 13: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 72........................................................ ANEXO 08: GRAFICO 14: TENSES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 73........................................................

59 61 63 63 67 67 71 72 81 81 81 82 82 84 86

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LISTA DE ILUSTRAESFIGURA 2.1: ESQUEMA DE BLOCOS CHAVE NA BARRAGEM DE ITAIPU.......................................................................................... FIGURA 2.2: ESQUEMA DE INSTALAO DE PNDULO DIRETO E INVERTIDO.................................................................................. FIGURA 2.3: PNDULO INVERTIDO................................................................ FIGURA 2.4: COORDINMETRO TICO E SEUS COMPONENTES............. FIGURA 2.5: EXTENSMETRO MLTIPLO DE HASTE................................ FIGURA 2.6: PERFIL DE INSTALAO DO EXTENSMETRO MLTIPLO DE HASTE............................................................... FIGURA 2.7: MEDIDOR TRIORTOGONAL DE JUNTA................................... FIGURA 2.8: BASE DE ALONGMETRO......................................................... FIGURA 2.9: EXTENSMETRO PARA CONCRETO....................................... FIGURA 2.10: TENSMETRO PARA CONCRETO........................................... FIGURA 2.11: ESQUEMA DOS TERMMETROS TIPO CARLSON............... FIGURA 2.12:.. MEDIDOR DE VAZO.............................................................. FIGURA 3.1: ARANHA PARA DEFORMMETROS, (A) VISTA FRONTAL E (B) VISTA LATERAL............................................................... FIGURA 3.2: EXTENSMETRO PARA CONCRETO TIPO CARLSON, MODELO A-10............................................................................. FIGURA 3.3: ESQUEMA DE INSTALAO DOS DEFORMMETROS......... FIGURA 3.4: SUPORTE DE ROSETA PARA 5 DEFORMMETROS............... FIGURA 3.5: FORMA DE PROTEO DOS DEFORMMETROS................... FIGURA 3.6: PEGA DO EXTENSMETRO....................................................... FIGURA 3.7: DEFORMMETROS DIRECIONAIS............................................. FIGURA 3.8: CALIBRADOR DE EXTENSMETRO PARA CONCRETO...... FIGURA 3.9: DESENHO ESQUEMTICO DO CALIBRADOR DO EXTENSMETRO....................................................................... FIGURA 3.10: EMENDA AUTO-FUSIVA, ITENS DE A A E............................ FIGURA 3.11: EMENDA AUTO-FUSIVA, ITENS DE F A G........................... FIGURA 3.12: TENSMETRO PARA CONCRETO........................................... FIGURA 4.1: AVALIAO DO DESEMPENHO DOS DEFORMMETROS E TENSMETROS EM LABORATRIO...................................... FIGURA 4.2: POSIO DOS INSTRUMENTOS NO BLOCO F19/20.............. FIGURA 4.3: DEFORMMETRO NODELO A-10 SEM PROTEO DE PVC. FIGURA 4.4: DEFORMMETRO MODELO A-10 ABERTO COM SEUS COMPONENTES INTERNOS VISVEIS................................... FIGURA 4.5: RESISTENCIAS DO DEFORMMETRO MODELO A-10........... FIGURA 4.6: DEFOMMETROS DO MODELO A-10, ABERTOS.................... FIGURA 4.7: DEFOMMETRO DO MODELO M-10 SEM PROTEO DE PVC................................................................................................ FIGURA 4.8: PARTES DO DEFORMMETRO MODELO M-10....................... FIGURA 4.9: COMPONENTES INTERNOS DO DEFOMMETRO M-10........ FIGURA 4.10: DEFOMMETROS DO MODELO M-10..................................... FIGURA 4.11: DOIS DEFOMMETROS DO MODELO M-10........................... FIGURA 4.12: DEFORMMETROS A-10 (A) E M-10 (B).................................. FIGURA 4.13: LOCALIZAO DAS ROSETAS DE DEFORMMETROS NO BLOCO A7............................................................................. FIGURA 4.14 LOCALIZAO DOS TENSMETROS NO BLOCO F 19/20... FOTO 3.1: VISTA FRONTAL E POSTERIOR DA CAIXA SELETORA........... FOTO 3.2: DETALHE DE INSTALAO DE UMA ROSETA DE DEFOMMETROS, SENDO VISTO EM PRIMEIRO PLANO O BALDE ATENSORIAL............................................................ FOTO 3.3: COLOCAO DA CAIXA ATENSORIAL E DA CAIXA PARA

07 09 10 11 12 13 15 16 18 18 20 21 31 32 36 37 39 40 41 44 45 48 49 54 63 64 66 67 68 69 70 70 71 71 72 73 75 77 32

33 38

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FORMAO DO BLOCK-OUT PARA INSTALAO DOS DEFORMMETROS................................................................... FOTO 3.4: INCIO DO RECOBRIMENTO DOS DEFORMMETROS (A) E CANALETA PARA PASSAGEM DOS CABOS (B).................. FOTO 3.5: EMENDAS DE RESINA EPOXDICA............................................... FOTO 3.6: CAIXA ATENSOTIAL COM EXTENSMETRO CORRETOR...... FOTO 3.7: TENSMETRO NO PLANO HORIZONTAL................................... FOTO 3.8: ROSETA DE TENSMETROS..........................................................

38 50 51 56 56

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LISTA DE TABELAS E GRFICOSTABELA 2.1: FREQUENCIAS MNIMAS DE LEITURA EM BARRAGENS DE CONCRETO........................................................................... TABELA 3.1: CARACTERSTICAS TCNICAS PRINCIPAIS DOS DEFORMMETROS..................................................................... TABELA 3.2: CARACTERSTICAS TCNICAS PRINCIPAIS DOS TENSMETROS.......................................................................... TABELA 4.1: QUANTIDADE DE INSTRUMENTOS INSTALADOS NA BARRAGEM DE ITAIPU............................................................ TABELA 4.2: TENSMETROS ESTUDADOS................................................... TABELA 4.3: SITUAO DOS TENSMETROS DANIFICADOS................. TABELA 4.4: ROSETAS ESTUDADAS.............................................................. TABELA 4.5: SITUAO DOS TENSMETROS DANIFICADOS................. GRAFICO 01: TENSES OBTIDAS PELOS TENSMETROS ESTUDADOS GRAFICO 02: TEMPERATURA DO CONCRETO FORNECIDA PELOS INSTRUMENTOS........................................................................ GRAFICO 03: MDIA SEMANAL DA TEMPERATURA AMBIENTE............ GRAFICO 04: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFORMMETRO RD A 01.................................................. GRAFICO 05: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFORMMETRO RD A 01.................................................. GRAFICO 06: TEMPERATURA MEDIA SEMANAL........................................

26 30 54 58 64 65 68 69 65 66 67 70 71 71

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LISTA DE ABREVIATURAS

CBDB ICOLD ITAIPU PVC SNGB CCR RAA LNEC

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Comit Brasileiro de Barragens International Congress on Large Dams Usina Hidreltrica de Itaipu Polivinil Carbono Seminrio Nacional de Grandes Barragens Concreto Compactado a Rolo Reao lcali Agregado Laboratrio Nacional de Engenharia Civil Portugal

IBRACON ABGE

- Instituto Brasileiro do Concreto - Associao Brasileira de Geologia de Engenharia

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ABSTRACT

After bibliograph investigations about dam instrumentation, realized that wouldnt have much about instruments performance that using in the monitoring. In Itaipu Binacional hydroelectric, in the case of this study, some types of instruments of diferents models was adopt, being possible a comparison into them. Due a variety of instruments installed in this dam, decides to study only instruments that measure concrete stress. These instruments are strain meters, that obtain the stress thought measuring strain in one point of the concrete structure, and the stress meter that obtains this measure directely. It was possible to analyse the internal components in both models of the strain meters studied in the laboratory and check if the temperature in the dam site and function caracteristics of the instruments are determinate factor in the useful life of them. This work proved that the temperature of the dam site wasnt the factor the influenced on the instruments performance. The diference betwen the diferenst models of strain meters was due to constructives diferences, observing that the instruments whose have the bigger range, have the useful life superior than the others.

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RESUMO

Investigando-se a instrumentao para auscultao de barragens, percebeu-se que no havia muito sobre o desempenho dos instrumentos utilizados no seu monitoramento. Na hidroeltrica de Itaipu, no estudo de caso do presente trabalho, foram empregados alguns tipos de instrumentos de diferentes modelos, sendo possvel uma comparao entre eles. Como uma variedade de instrumentos instalados nesta barragem grande, decidiu-se ento estudar somente os instrumentos que medem tenso no concreto. Tais instrumentos so os extensmetros para concreto (deformmetros), que obtm a tenso atravs da medida da deformao em um ponto da estrutura de concreto, e os tensmetros para concreto, que obtm a medida diretamente. Foi possvel analisar os componentes internos dos dois modelos de deformmetros estudados, em Laboratrio, e verificar se a temperatura do local da obra e as caractersticas de funcionamento dos instrumentos so fatores determinantes na vida til dos mesmos. O trabalho demonstrou que a temperatura do local da barragem e o princpio bsico de funcionamento no foram fatores que influenciaram no desempenho destes instrumentos. A diferena de desempenho entre os modelos estudados se deu devido a suas diferenas construtivas, verificando que o aparelho com campo maior de leitura tem uma vida til superior ao de menor campo.

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1.0 INTRODUO

A observao e a instrumentao de barragens comeou em meados da dcada de 50. Desde ento h um continuo avano nos instrumentos e mtodos utilizados para a auscultao de uma barragem. No ano de 1979, durante o XIII Congresso do ICOLD (Internacional Commission on Large Dams), em Nova Delhi, decidiu-se dar uma maior ateno segurana de barragens, pois se notava a ocorrncia de diversos incidentes com graves conseqncias, alm do aumento das dimenses das novas barragens, do envelhecimento das existentes e do crescimento do nmero delas sendo construdas em pases com pouca ou nenhuma experincia na rea. Surgiu ento, a necessidade de normas e diretrizes que regulamentassem as barragens existentes e as futuras. Em 1982 foi criado o Comit Brasileiro de Barragens (CBDB). No ICOLD, atualmente o Brasil ocupa a presidncia do Subcomit encarregado da elaborao de Diretrizes de Segurana de Barragens, destinadas ao uso em mbito mundial. Em 1996 e 1997 o CBGB, atravs da Comisso de Deteriorao e Reabilitao de Barragens, elaborou minuta de portaria n 739, do Ministrio de Minas e Energia, propondo a criao o Conselho Nacional de Segurana de Barragens. Depois disso, o Ministrio criou um grupo de trabalho a fim de elaborar um documento para normalizar procedimentos preventivos e de manuteno com relao segurana das diversas barragens existentes. [http://www.emae.sp.gov.br] Ao final de 1998 o ncleo de So Paulo do CBGB finalizou o Guia Bsico de Segurana de Barragens, contendo padres e procedimentos para a orientao dos proprietrios de barragens quanto segurana das mesmas.

[http://www.emae.sp.gov.br] Atualmente no h legislao especfica no Brasil para as atividades de segurana de barragem, apenas um projeto de lei a ser aprovado, que consiste no Manual de segurana do Ministrio da Integrao. [http://www.emae.sp.gov.br] Dentro desta crescente preocupao com a segurana de nossas barragens,

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esta pesquisa pretende colaborar para o desenvolvimento das atividades de auscultao e monitoramento das barragens projetadas ou em construo, atravs da avaliao da vida til e do desempenho dos instrumentos, quanto suas caractersticas de funcionamento e a influncia exercida pelas condies ambientais (variao da temperatura do local da instalao da barragem). Os dados obtidos referentes vida til dos instrumentos, sero analisados e relacionados com as possveis causas do no funcionamento dos mesmos. Tendo em vista que a auscultao de uma barragem comea em sua construo e prossegue durante o seu perodo de operao, este trabalho procura avaliar o desempenho dos instrumentos que medem as tenses no concreto da barragem de Itaipu, num determinado perodo, obtendo uma estimativa para sua vida til. A principal hiptese deste trabalho que a influncia da variao da temperatura do local de instalao da barragem e as caractersticas de funcionamento dos instrumentos so fatores determinantes da sua vida til. No captulo 2 deste trabalho descreve-se sucintamente, e de maneira geral, sobre segurana estrutural de barragens e os equipamentos que dela fazem parte. No captulo 3 faz-se uma descrio dos instrumentos estudados. So apresentadas informaes como seu principio bsico de funcionamento, suas caractersticas tcnicas principais, entre outras. No captulo 4 trata-se sobre os dados obtidos e informaes relevantes que foram utilizadas para que se chegasse a concluses e recomendaes descritas no captulo 5.

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2.0 SEGURANA ESTRUTURAL DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO

2.1 - GENERALIDADES Cada barragem uma obra particular, para cada tipo de estrutura e finalidade a que ela se destina. H um local de instalao e um tipo de instrumento, melhor adequado para que as condies de segurana possam ser avaliadas. Esse processo se efetiva atravs de monitoramento continuado, que consiste na obteno de dados fornecidos pelos instrumentos instalados, das relaes e anlises estatsticas dos mesmos. Desta forma pode-se proporcionar economia durante sua construo, e na continuidade durante a fase de operao, a reavaliao das hipteses de projeto, das tcnicas de clculo e concluses sobre a segurana da barragem. Para que se possa considerar uma barragem bem instrumentada, a elaborao de um plano de instrumentao e a seleo de instrumentos, devem ser realizados por um especialista na rea. A confeco e a calibrao dos instrumentos deve ser supervisionada, tomando-se especial ateno quanto sua instalao e manuteno. No menos importante, a aquisio, processamento, apresentao dos dados e a sua comparao com valores de projeto, deve ser feita por equipe eficiente e treinada para tal. Esta equipe dever possuir valores limites para as leituras, os quais permitem a pronta deteco de uma eventual anomalia. As principais razes para o uso de instrumentao numa barragem, segundo CELERI (1995), so: verificao do projeto, onde o principal objetivo o de certificar-se de que alm do mesmo ser seguro tambm o mais econmico; verificao da convenincia de novas tcnicas de construo; diagnosticar a natureza especfica de algum evento adverso para uma preveno de ocorrncia futura; verificao contnua de uma performance satisfatria;

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razes preditivas; razes legais; pesquisas para o estado da arte;

As fases da obra de uma barragem que devem ser instrumentadas so as seguintes: Perodo construtivo: o monitoramento das barragens ainda no perodo de construo, supre de importantes informaes sobre os materiais, suas fundaes e mtodos construtivos, tornando possvel verificao do projeto em andamento. Com isso os critrios e diretrizes preestabelecidas podem ser aferidos quanto s anlises de tenses e controle de fissurao de origem trmica, mudanas no plano de concretagem e nos intervalos de lanamentos do concreto, contribuindo para prevenir SOBRE a rpida deteriorao das DE

estruturas.(SIMPSIO BARRAGENS, 1996)

INSTRUMENTAO

Fase de enchimento do reservatrio: perodo em que a barragem passa a entrar em carga total pela primeira vez, sendo considerado este o perodo mais crtico na sua vida til. A auscultao assume um papel importante, pois permite um diagnstico preciso da obra, comparando os dados com os limites de projeto. H o controle de parmetros como deslocamentos horizontais e verticais, movimento de algumas juntas, temperatura e deformao do concreto, para prevenir ruptura ou fissuramento excessivo durante esse primeiro enchimento e sempre que possvel deve ser de forma lenta para a adaptao da estrutura com as novas condies criadas. (ANDRIOLO, 1993)

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Perodo operacional: a instrumentao, aliada s inspees visuais, fornece parmetros para que se avalie o desempenho das estruturas ao longo do perodo de operao do reservatrio.(LUZ, 1993)

As principais grandezas monitoradas pela instrumentao, segundo LUZ, (1993) so: Deslocamentos; Deformaes e tenses; Temperatura; Nveis piezomtricos em fundaes; Presses de gua; Vazes.

Os principais fatores que influenciam as grandezas monitoradas, segundo LUZ, 1993 so: Carga direta: foras exercidas pelos contatos com a barragem de terra ou enrocamento e pelos nveis dgua a montante e jusante Subpresses na fundao: devido percolao ou infiltrao de gua pela rocha de fundao, durante e aps o enchimento do reservatrio. Presso intersticial do concreto: presso exercida pela gua que infiltra pelos interstcios do concreto, juntas de construo e falhas de construo durante a concretagem. Calor de hidratao do cimento: calor gerado pela hidratao do cimento, ficando armazenado no interior de um bloco, provocando tenso de compresso no concreto. E o posterior resfriamento da estrutura, provocando tenses de trao. Sismos: - naturais causados pelo deslocamento de placas tectnicas e atividades vulcnicas.

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- induzidos causados pela criao de um reservatrio, que altera as condies estticas das formaes geolgicas, do ponto de vista mecnico (peso da massa d gua) e do ponto de vista hidrulico (a infiltrao de fluidos pode causar presses internas nas camadas rochosas profundas). um fenmeno dinmico, resultante das novas foras induzidas, e que passam a interferir sobre o regime das foras pr-existentes.

2.2 SISTEMAS DE INSTRUMENTAO DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO A instrumentao deve ser monitorada, analisada e mantida, para garantir a operao segura da barragem. (COMISSO REGIONAL DE SEGURANA DE BARRAGENS, 1999) O sistema de instrumentao faz-se atravs de um plano de instrumentao que consiste em um projeto de instrumentao obtido primeiramente atravs dos resultados do estudo detalhado das caractersticas geolgico-geotcnicas da regio e do entorno onde estar locada a barragem, atravs do qual so definidas sees e blocos "chaves" a serem observados e instrumentados. Por exemplo, na figura 2.1 est mostrado o esquema de blocos chave na barragem de Itaipu. Associa-se ainda a este Projeto Bsico, as adaptaes e complementaes introduzidas durante o perodo construtivo, resultantes das inspees e mapeamentos de campo e os resultados das anlises realizadas com base em modelos matemticos. Em vista destas adaptaes poder ser conveniente a modificao de algum bloco chave, ou eventualmente, prever a instalao de um maior nmero de instrumentos. Os demais blocos da estrutura recebem apenas medidores de junta para controle dos deslocamentos em relao aos blocos chaves, que podero ter ainda piezmetros para controle de subpresses na fundao, dependendo da geologia da fundao. O plano de instrumentao deve ser elaborado, levando-se em conta que

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deve haver especialista na rea de instrumentao, que esteja familiarizado com o projeto e seus pontos crticos, bem como com os vrios instrumentos existentes, suas vantagens e limitaes.

FIGURA 2.1: ESQUEMA DE BLOCOS CHAVE NA BARRAGEM DE ITAIPU.

BLOCO CHAVE

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2.2.1 Instrumentao da estrutura Instrumentos para as medidas de deformao, tenso, subpresso, infiltrao e sismos so de grande importncia para o conhecimento do comportamento da barragem e reavaliao do projeto.(AHMADI, 1985) Quando se vai avaliar o comportamento da estrutura e no s sua segurana estrutural, as medies necessrias para a completa interpretao dos fenmenos de uma estrutura de concreto so: a) deslocamento horizontal; b) deslocamento angular; c) deslocamento diferencial entre blocos; d) tenso no concreto; e) tenso na armadura; f) temperaturas; g) vazo de infiltrao; h) inspees visuais.

a) Deslocamentos horizontais Nas barragens tipo gravidade estes deslocamentos so usualmente observados por pndulos diretos, fixos crista da barragem indo at o contato concreto-rocha, e por pndulos invertidos, fixos na fundao, indo at o contato concreto-rocha. Na figura 2.2 mostra-se a associao destes dois tipos de pndulos, para a medida do deslocamento da crista da barragem at a fundao da mesma. A figura 2.3 mostra detalhes de um pndulo invertido. Os poos verticais, onde so instalados os pndulos no final do perodo construtivo da barragem, so deixados durante a concretagem das estruturas, sendo de extrema importncia sua verticalidade, para que no interfira no campo de leitura do instrumento.

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Figura 2.2- ESQUEMA DE INSTALAO, PNDULO DIRETO E INVERTIDO.

As leituras dos deslocamentos horizontais so realizadas com o auxilio de coordinmetros ticos (figura 2.4) ou telecordinmentros, segundo as direes montante-jusante e margem direita-esquerda.

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FIGURA 2.3: PNDULO INVERTIDO.

As instalaes dos pndulos, direto e invertido, devem ser nos mesmos blocos, possibilitando a determinao dos deslocamentos horizontais (deslocamentos relativos) da crista da barragem em relao ao ponto considerado fixo na fundao. Deve-se prever nestes mesmos blocos a instalao de marcos topogrficos superficiais, para associao dos deslocamentos medidos com aqueles medidos por mtodos geodsicos, os quais so considerados inicialmente como deslocamentos absolutos.

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FIGURA 2.4: COORDINMETRO TICO E SEUS COMPONENTES

O coordinmetro fornece leitura em duas direes ortogonais, sendo uma paralela ao eixo da barragem e outra normal ao eixo. formado por duas rguas graduadas, normais entre si, sendo uma de 30 cm e outra de 15 cm. A rgua menor tem uma ocular provida de retculo, com seus eixos coincidentes, tendo na extremidade um prisma que est a 45 do eixo da rgua. A rgua menor se move sobre a maior, que fixa, permitindo ento leituras sem mover o coordinmetro. Com o fim de ter uma referncia fixa ligada ao concreto, fixado um cone de ao inoxidvel que ser visado antes do fio, evitando assim qualquer erro no apoio do aparelho.

b) Deslocamentos angulares So medidos junto base das barragens de concreto atravs da instalao de dois extensmetros (figura 2.5 e 2.6) verticais profundos na fundao, um a

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montante e o outro a jusante. Alm do deslocamento angular eles fornecem tambm a deformabilidade do macio rochoso de fundao. So de fcil instalao em barragens tipo contraforte ou gravidade aliviada.

FIGURA 2.5: EXTENSMETRO MLTIPLO DE HASTE

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FIGURA 2.6: EXEMPLO DE UM PERFIL TPICO DE UM EXTENSMETRO MLTIPLO DE HASTE NA BARRAGEM DE ITAIPU.

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c) Deslocamentos diferenciais entre blocos Observam-se os deslocamentos diferenciais entre blocos segundo trs direes ortogonais entre si: Recalques diferenciais entre blocos; Deslocamentos cisalhantes horizontais; Movimentos de abertura-fechamento das juntas Estes deslocamentos podem ser medidos atravs de bases de alongmetro ou medidores triortogonais, instalados nas juntas de contrao entre blocos. O medidor triortogonal (figura 2.7) tem por finalidade registrar os deslocamentos em juntas e fissuras em barragens de concreto, galerias, tneis e macios rochosos, em trs eixos ortogonais (x,y, z). Os deslocamentos so medidos em trs direes ortogonais com o auxlio de um sistema de apoios, construdos em ao inoxidvel e fixados convenientemente na estrutura. Com relgio comparador adaptado para ser instalado nos furos existentes nas barras retangulares do medidor triortogonal de junta, obtm-se facilmente as medidas das variaes nos trs eixos ortogonais desejados. O sistema de eixos triortogonais orientado de modo que o eixo 0x fornea os deslocamentos de abertura ou de fechamento da junta, o eixo 0y, os deslocamentos horizontais e o eixo 0z os deslocamentos verticais. As bases de leitura, por estarem solidrias com a regio instrumentada, acompanham os movimentos relativos, ocorridos nesta regio. O alongmetro (figura 2.8) utilizado para medir deslocamentos relativos em juntas entre blocos de concreto. empregada uma base triangular de referncia, previamente posicionada na junta. A leitura feita por um dispositivo porttil acoplado a um relgio comparador. Para a medida das deformaes, o medidor encaixado nos pontos de referncia. A instalao do medidor triortogonal prefervel, uma vez que um s o instrumento permite a medio das trs componentes do deslocamento, uma vez que a base de alongmetro necessita da instalao de bases no piso e na parede das galerias

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para obter a medida das trs componentes do deslocamento.

FIGURA 2.7: MEDIDOR TRIORTOGONAL DE JUNTA

Furo para relgio comparador

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FIGURA 2.8: BASE DE ALONGMETRO

PINOS BASE PARA LEITURA

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d) Tenses no concreto A deformao no corpo da barragem um dos mais importantes itens de medida de sua segurana, porque isto mostra integrao do fenmeno estrutural e seu comportamento.(IIDA, 1979) A obteno das tenses pode ser feita atravs da instalao de rosetas de deformmetros (foto 3.1), que consiste em um instrumento instalado no interior do concreto de uma estrutura, e que mede a deformao na direo de seus eixos, conjuntamente com um deformmetro corretor, que instalado prximo roseta, em uma cmara atensorial (balde corretor), e por tensmetros para concreto (figura 2.10), que tambm so embutidos. Os tensmetros medem apenas tenses de compresso, atravs da medida direta das tenses, enquanto que as rosetas medem deformaes obtidas dos esforos de compresso e trao, convertendo estas medidas em tenses. A roseta, ainda fornece a temperatura do concreto e os deformmetros corretores medem as deformaes autgenas no concreto, provocadas pela expanso e retrao volumtricas, devido a reaes qumicas internas ou perda de umidade. Nota-se uma grande superioridade tcnico-econmica dos tensmetros em relao aos deformmetros, pois os valores das tenses de compresso so obtidos mais rapidamente com custos menores e com satisfatria performance.

(VASCONCELOS, 1980) O desempenho dos deformmetros muito afetado pela avaliao do comportamento inicial do concreto de cobrimento. Durante o perodo construtivo, valores de tenso so significativamente superiores ao previsto, mas aps dois ou trs meses de instalao, os mesmos passam a indicar leituras compatveis aos tensmetros. (ROSSO, 1996) Apesar dos tensmetros serem aparelhos de maior confiabilidade que os deformmetros, para a medio de tenso em estruturas de concreto, eles tem a limitao de no medir tenso de trao, como os deformmetros. (ROSSO,1996)

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FIGURA 2.9: VISTA ESQUEMTICA DE UM MEDIDOR DE DEFORMAO MODELO A-10, TIPO CARLSON

Figura 2.10 - VISTA ESQUEMTICA DE UM TENSMETRO

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e) Tenses na armadura a medida feita atravs de tensmetros para armadura, que so instalados na prpria armadura ou em uma barra adicional de ao. Essas medies so para verificao das tenses durante a protenso dos cabos e para controle da eficincia dessa protenso. Tambm para confirmao das tenses a que a armadura de um determinado local est submetida. Por exemplo, em Itaipu esses instrumentos foram instalados na Casa de Fora, na regio do concreto envoltrio da caixa espiral, na regio da junta entre a Tomada d' gua e a casa de fora, com o objetivo de pesquisa ou avaliao dos critrios de projeto.

f) Temperaturas Variaes de temperatura e nvel dgua so as principais aes durante a fase de operao de uma barragem. (PEDRO, 1979) A instalao de uma rede de termmetros para concreto, tais como o mostrado na figura 2.11, que so sensores de temperatura, nele embutidos, serve para observar a evoluo da temperatura devido ao calor de hidratao do cimento. Os termmetros instalados junto face de montante medem a temperatura da gua do reservatrio. As temperaturas medidas pelos deformmetros tambm contribuem para a observao da evoluo da temperatura. Na barragem de Shimenzhi na China h a medio das temperaturas ao longo do cabo de fibra tica inserido no interior do concreto tipo CCR, realizada empregando-se o princpio de Anti-stokes, onde se usa o espectro de luz refletida, conforme se pode depreender dos catlogos de fabricante que empregam os cabos de fibra tica. (AUFLAGER, 2002).

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Figura 2.11: ESQUEMA DOS TERMMETROS TIPO CARLSON.

g) Vazes de infiltrao As medidas de infiltrao e deformao so de vital importncia para o satisfatrio monitoramento da segurana das barragens. (IIDA, 1979) A medio das vazes de infiltrao atravs do concreto envolve geralmente as seguintes fontes: dos drenos internos do concreto, dos drenos de junta entre blocos e das fissuras no concreto. A medio das vazes dos drenos internos ou dos drenos de junta deve ser realizada dreno a dreno, uma vez que seu comportamento aleatrio. So normalmente realizadas com o emprego de um recipiente graduado (mm), onde se recolhe a gua que est escoando atravs do dreno, em um espao de tempo que medido utilizando um cronmetro. Pode ser feita tambm a medio totalizadora de um determinado trecho da barragem, com uso de medidores de vazo, como o medidor triangular de vazo mostrado na figura 2.12. Pode haver a necessidade do monitoramento, atravs da anlise qumica, da gua que passa atravs de fissuras, juntas de concretagem e porosidade, controlando a quantidade de material slido carreado.

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FIGURA 2.12: MEDIDOR TRIANGULAR DE VAZO

A

A

h) Inspees visuais Mesmo numa barragem com instrumentao adequada para o seu monitoramento, a inspeo visual uma ferramenta muito importante para garantir a segurana da mesma. As inspees podem ser de Rotina(informais), Peridica (formais) e Especiais (Excepcionais). A inspeo visual de rotina tem um papel relevante no controle de segurana de uma barragem. Estas inspees so feitas pela mesma equipe que faz a leitura nos instrumentos. Ela feita durante as campanhas de leituras, pois esta equipe j esta sensibilizada com comportamento da barragem, podendo fornecer informaes relevantes de imediato. (LNEC, 1997) As inspees Peridicas so realizadas em datas especficas, em funo da fase da obra sob superviso de um tcnico especialista. As inspees Especiais ocorrem quando algum evento ou anomalia repentinos colocam em risco a segurana da barragem. A equipe de inspeo acompanhada por um tcnico pode haver a necessidade de acompanhamento de um especialista.

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2.2.2 Grandezas monitoradas devido ao tipo de barragem de concreto Barragem de concreto tipo gravidade

Nestas estruturas a instrumentao monitora a supresso de fundao ao longo do contato concreto-rocha, a temperatura do concreto e sua dissipao ao longo do tempo, deslocamentos, recalques de fundao, tendo uma ateno especial com a parte central da estrutura. So observadas com ateno tambm as tenses de origem trmicas, pois estas podem atingir valores significativos, bem como as tenses no concreto em barragens com mais de 50 metros de altura. Estas barragens possuem juntas longitudinais de contrao e devem ser monitoradas atravs de medidores eltricos de junta entre blocos para observar seus deslocamentos.

-

Barragem de contraforte ou gravidade aliviada

As grandezas monitoradas so basicamente as mesmas observadas na do tipo gravidade macia e apresentam os seguintes aspectos relevantes em relao s barragens de gravidade macia: Tenses no concreto mais elevadas, porm mais uniformes; So mais esbeltas que as barragens de concreto tipo gravidade e, portanto, mais deformveis e suscetveis s influncias trmicas; As subpresses no contato concreto-rocha so menos importantes e esto limitadas as cabeas dos blocos; Sua drenagem facilitada pela presena de cavidade e vos entre contrafortes; As melhores condies de drenagem podem, entretanto, propiciar maiores vazes de infiltraes, caso as condies da rocha no sejam adequadas; A estanqueidade das cabeas dos blocos e seu contato com a rocha exigem um concreto de melhor qualidade e uma rocha de fundao de boa qualidade ou convenientemente tratada.

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-

Barragens em arco

As medidas das tenses nestas barragens so de fundamental importncia o concreto trabalha exclusivamente a compresso, criando um nvel elevado de tenses, sendo muito usados deformmetros e tensmetros de concreto. Este tipo de barragem tambm muito afetada pelas variaes trmicas, tanto em termos de deslocamentos quanto das tenses no concreto. Por serem estruturas muito esbeltas, sua deflexo sob a ao do empuxo hidrosttico bem superior as barragens tipo gravidade, contraforte ou gravidade aliviada de mesma altura, merecendo especial ateno instalao de pndulos direto e invertido. A instalao de rede geodsica facilitada pelas condies topogrficas e geolgicas do local de implantao destas barragens. A observao das subpresses na regio do contato concreto-rocha limita-se a apenas alguns blocos chave.

-

Barragem de concreto compactado a rolo (CCR)

A medio da evoluo das temperaturas do concreto uma das principais recomendaes. Nas estruturas com altura maior que 30 m sempre conveniente prever a instalao de pndulos diretos entre a crista e a base da estrutura. necessria a existncia de galerias de inspeo e de drenagem, devendo prever tambm a instalao de piezmetros para medio das subpresses e de medidores de vazo.

-

Barragens afetadas por reatividade alcali-agregado (RAA)

A RAA um processo qumico onde alguns constituintes mineralgicos do agregado reagem com hidrxidos alcalinos (proveniente do cimento, gua de amassamento, agregados, pozolanas, agentes externos, etc.) que so dissolvidos na soluo dos poros do concreto. Como produto da reao forma-se um gel higroscpico

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expansivo. A manifestao da reao lcali agregado pode se dar de vrias formas, desde expanses, movimentaes diferenciais nas estruturas at formao de bolhas, exsudao do gel e reduo das resistncias trao e compresso.

(http://www.ibracon.org.br/concreto/RAA.html) O monitoramento das estruturas se d atravs de inspees visuais, observao de degradao superficial e da instrumentao da barragem.

2.3 - FREQNCIA DE LEITURA DOS INSTRUMENTOS DE AUSCULTAO As freqncias de leitura da instrumentao devem ser adequadas aos desempenhos previstos no projeto para as fases de construo da barragem, primeiro enchimento do reservatrio e operao e para possibilitar o acompanhamento das velocidades de variao das grandezas medidas, levando-se em considerao a preciso dos instrumentos e a importncia dessas grandezas na avaliao do desempenho real da estrutura. As freqncias recomendadas em projeto devem ser realizadas como freqncias mnimas de leitura, devendo ser intensificadas ou ajustadas, quando da ocorrncia de fatores tais como: mudanas nas condies geotcnicas ou geolgicas antecipadas para o local; alteraes nos procedimentos construtivos; mudanas significativas no projeto; subida ou rebaixamento muito rpido do nvel do reservatrio; fenmenos naturais inesperados ou particularmente severos; e; tendncias desfavorveis segurana da estrutura. Deve-se assegurar que os leituristas atuem como inspetores visuais, percorrendo os diversos trechos e galerias da barragem, no mnimo uma vez por semana. Esta recomendao especialmente vlida para o perodo operacional. Aps a fase de instalao recomendvel que cada instrumento seja lido preferencialmente na mesma hora do dia: os instrumentos devem ser divididos em

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grupos de observao em um mesmo dia e suas leituras devem ser programadas com seqncia e itinerrio fixos. Outra recomendao que os observadores que efetuem as leituras de um determinado tipo de instrumento sejam sempre os mesmos, evitando-se trocas freqentes nas equipes de leitura, o que acaba tendo reflexo na preciso dos dados adquiridos. Em caso de substituies programadas dos observadores recomendvel que o seu substituto o acompanhe por no mnimo duas campanhas de leituras. Instrumentos cujos dados so analisados de forma integrada, tais como resultados obtidos atravs dos pndulos e da campanha geodsica, devem ter freqncias iguais e leituras realizadas preferencialmente nos mesmos dias e horrios. Se aps quatro ou cinco anos de operao, a barragem e suas fundaes apresentaram caractersticas estveis, o intervalo entre leituras pode ser alongado para um ms no mximo. Por outro lado, se houver qualquer indicao de tendncias que poderiam conduzir a condies perigosas, as freqncias de medidas relevantes, observaes e inspees devem ser intensificadas.

2.4 - AQUISIO, PROCESSAMENTO E APRESENTAO DOS DADOS DA INSTRUMENTAO. Aquisio ou coleta de dados As leituras da instrumentao so normalmente executadas pela equipe de instrumentao do proprietrio da barragem ou por empresa contratada para este fim. Quanto maior o entendimento dos objetivos da instrumentao, maior ser a desenvoltura da equipe, o que proporcionar uma maior confiabilidade e qualidade dos dados e, principalmente, um alerta imediato aos seus superiores no caso de leituras anormais. A coleta dos dados da instrumentao pode ser uma tarefa realizada manualmente ou atravs de sistemas automticos de aquisio, dependendo do porte e localizao da obra, do tipo de instrumento instalado e do interesse do proprietrio da

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barragem. As leituras devem ser avaliadas preliminarmente no campo, atravs de comparao com as leituras anteriores e com as leituras esperadas em condies normais para a poca, dentro de um campo pr-estabelecido, de maneira que em caso de erro grosseiro, sejam imediatamente refeitas. Toda e qualquer alterao significativa deve ser confirmada no ato da sua coleta. Uma tendncia atual, na coleta manual dos dados, a utilizao de pequenos microprocessadores ou microcomputadores, em substituio as planilhas preenchidas manualmente no momento da leitura. Eles possuem programas de tratamento de dados que incluem suas validaes medida que so coletados. Para minimizao dos erros e maior agilidade da coleta, h a alternativa de se acoplar diretamente o equipamento de leitura na caixa dos instrumentos, registrando assim automaticamente as leituras na memria eletrnica do equipamento, podendo o mesmo equipamento ser utilizado para o tratamento dos dados. A freqncia mnima especificada pelo ICOLD esta detalhada na tabela 2.1.TABELA 2.1 FREQNCIAS MNIMAS DE LEITURA EM BARRAGENS DE CONCRETO

Grandeza medida Deslocamento absoluto (geodesia) Deslocamento angular (pndulos) Deslocamento relativo (medidores de junta) Deformao interna Tenso Temperatura do concreto Presso intersticial no concreto Carga (cabos de protenso) Subpresso na fundao Vazo de infiltrao

Construtivo Ao final da construo Quinzenal semanal semanal semanal semanal semanal dirias durante a protenso semanal -

Perodo de observao Primeiro Incio de enchimento operao Mensal Semanal duas semanais duas semanais duas semanais Semanal duas semanais duas semanais trs semanais Dirias trimestral mensal quinzenal semanal semanal quinzenal quinzenal Semanal duas semanais trs semanais

Operao normal semestral mensal mensal mensal mensal mensal mensal mensal Quinzenal (*) semanal

(*) Para casos particulares, manter freqncia semanal.

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Processamento e apresentao dos dados da instrumentao O tratamento dos dados recolhidos feito atravs de recursos de informtica, com fornecimento de grficos e tabelas para anlise do comportamento da estrutura. O processamento dos dados coletados deve obedecer a seguinte seqncia: Anotao em ordem cronolgica das leituras do aparelho/instrumento em banco de dados especficos; Processamento das leituras, em funo do instrumento e condies do ambiente, para obteno das medidas ou grandezas fsicas correspondentes; Validao da leitura atravs de tcnicas determinsticas e/ou estatsticas, e; Lanamento grfico dos resultados obtidos, para a anlise de comportamento da estrutura. Para o tratamento dos dados devem ser elaborados tabelas e grficos com boa apresentao visual e com escalas compatveis com as grandezas em anlise. Relatrio de anlise o item mais importante, que coroa todas as atividades de auscultao, pois por meio dele se avalia periodicamente o desempenho das regies instrumentadas e, por extrapolao judiciosa, o desempenho da estrutura, fornecendo recomendaes para melhorar sua operao e manuteno, visando garantir a segurana da barragem. Os parmetros bsicos desta avaliao so as medidas das grandezas fsicas obtidas dos resultados da instrumentao, as observaes coletadas durante as inspees de campo e os dados hidrolgicos e climatolgicos bsicos. Atravs da anlise dessas informaes, e por comparao com os modelos e hipteses adotadas na fase de projeto, e por analogia com outras obras similares, chega-se s concluses sobre o nvel de segurana da estrutura.

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3.0 INSTRUMENTOS ESTUDADOS

3.1 EXTENSMETROS (DEFORMMETRO) PARA CONCRETO

3.1.1 Generalidades Aparelho destinado para medidas de tenso do concreto, a qual obtida indiretamente, atravs da variao de distncia entre dois pontos de um corpo quando sujeito a uma deformao. Este instrumento fornece ainda a temperatura do concreto em que est embutido. O instrumento comumente chamado de deformmetro. As grandezas caractersticas dos deformmetros, que de certa forma qualificam os resultados fornecidos pelo aparelho, segundo SANTOS JUNIOR(1995) so: Resoluo: menor leitura que um aparelho capaz de medir; Preciso: erro que afeta a mdia das leituras aps sucessivas aplicaes do instrumento a uma mesma grandeza; Acurcia: o quanto uma medida se aproxima do valor real da grandeza; Campo de medida: mxima variao de comprimento que o aparelho capaz de medir.

Para que seja utilizado convenientemente, os deformmetros necessitam ter algumas caractersticas como (LOPES, 1962): Durabilidade: como so embutidos em meio mido e quimicamente ativo, deve ser resistente a isso e ser completamente estanque; Fidelidade: os componentes de medio e as partes metlicas devem ser perfeitamente elsticos e que seja possvel recuperar seu comprimento inicial. A corroso uma das principais causas desta deficincia, fazendo-

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se necessrio o leo (castor) que envolve seus componentes internos; Robustez e rigidez transversal: deve possuir um mnimo de robustez para permitir o transporte e instalao sem avarias; Sensibilidade e preciso: deve ser capaz de medir variaes de comprimento da ordem de 10-6 mm; Amplitude de medida: indispensvel o instrumento registrar deformaes de at 1500 x 10-6 mm, em ambos os sentidos; Comprimento: o deformmetro deve possuir um comprimento de 2,5 a 3 vezes as dimenses do maior corpo inerte; Dimetro: como os deformmetros no devem possuir grande rigidez, seu pequeno dimetro, no introduz grande vazio no concreto, no perturbando o estado de tenso; Funciona como termmetro: de grande interesse o conhecimento do estado trmico da barragem e no ponto de medio da tenso. A temperatura deve ser acurada.

As variaes de dimenses do concreto podem ser causadas por tenses, fluncia, temperatura, variao higroscpica ou variao autgena do concreto. Assim, para obteno da tenso e temperatura necessita-se de algumas constantes, que so: f = constante de calibrao do medidor de deformao = constante de calibrao da temperatura b = constante de correo do medidor

A disposio dos deformmetros no plano, chamada roseta feita de tal maneira que permite a determinao das tenses e direes principais deste plano. Para que a tenso final seja somente devida a carga, dela devem ser retiradas as outras variaes do concreto. Para isso utiliza-se um extensmetro corretor colocado a 1,5 m da roseta, numa cmara atensorial, sendo a sua distncia ao topo camada do bloco igual a dos deformmetros medidores, envolvido pelo mesmo concreto da roseta.

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3.1.2 Caractersticas tcnicas A tabela 3.1 mostra as caractersticas tcnicas principais dos deformmetros estudados.TABELA 3.1: CARACTERSTICA TCNICAS PRINCIPAIS DO DEFORMMETRO.

CARACTERSTICA Tipo Procedncia Dimenses Peso Preciso Resoluo de temperatura Campo de medida

MODELO A-10 MODELO M-10 Eltrico Eltrico Americano Americano Comprimento 25,4cm Comprimento 25,4cm e dimetro de 3,02 cm e dimetro de 2,24 cm 0,590 g 0,186 g 0,01% 0,01% 0,05C 0,05C 2100 1600

3.1.3 - Componentes A figura 3.1 mostra uma montagem de aranha para deformmetros. Os principais componentes do deformmetro so: Corpo: consiste de dois tubos, um tubo exterior de PVC, e o outro interno de lato com uma parte em fole onde se aloja o transdutor eletromecnico, concntrico. Transdutor: composto de um fio de ao de 0,06 mm de dimetro entrecruzado por duas bobinas de porcelana; instalados em duas hastes fixas base que transmite as deformaes. Cabo de controle: que ligar o instrumento caixa seletora, por onde sero coletadas as leituras. Caixa seletora: dispositivo onde possvel ser conectados at 22 instrumentos e de onde se obtm as leituras. A mesma dispem de uma chave seletora, que seleciona o instrumento a ser lido, sendo mostrada na figura 3.2. Aranha: dispositivo onde so fixados os deformmetros nas corretas direes que

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ele deve estar. Possui uma base de 49 mm de dimetro e 40 mm de altura, onde se acoplam varetas de 25 mm de dimetro e 120 mm de comprimento, que podem ser soldadas ou rosqueadas, segundo o extremo das varetas. Ela est mostrada na figura 3.1.FIGURA 3.1: ARANHA PARA DEFORMMETROS (A) VISTA LATERAL E (B) VISTA FRONTAL.

90

45

45

45 FLUXO

90

(A)

(B)

A codificao da roseta, no caso de Itaipu por ter vrias centrais de concreto feita da seguinte forma:

CW-XXX-YYY,YY-RDZ/L

Onde: CW = Central n XXX = N do bloco YYY, YY = Altitude de instalao RD = Roseta de deformao Z/ = N do extensmetro (1 a 6) /L = N da roseta (M para J)

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FIGURA 3.2: EXTENSMETRO PARA CONCRETO CARLSON MODELO A-10

FOTO 3.1: VISTA FRONTAL E POSTERIOR DA CAIXA SELETORA.

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3.1.4 - Instalao Geralmente os deformmetros se encontram instalados no interior do concreto em grupo de seis unidades. Quatro deles, pertencentes a um mesmo plano e, em grupo de trs, os deformmetros 1, 3 e 5 com a origem e os deformmetros 5, 2 e 4 com a origem, formam 2 triedros triortogonais. O 6 extensmetro colocado em uma caixa atensorial para efetuar as correes e os efeitos que so produzidos por um esforo, como mostra a foto 3.3.FOTO 3.2: DETALHE DE INSTALAO DE UMA ROSETA DE DEFORMMETRO, SENDO VISTO EM PRIMEIRO PLANO O BALDE ATENSORIAL.

Embora os deformmetros tenham sido projetados para serem embutidos no concreto eles so razoavelmente delicados e cuidados adicionais devem ser tomados para sua instalao. Antes do incio da concretagem, do local onde ficar instalado o

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aparelho, dever ser feita uma inspeo detalhada, verificando os condutores, emendas, recessos, terminais, codificao dos terminais e medidores, posicionamento e outros requisitos. Quanto codificao de cada aparelho, dever ser colocada uma chapa metlica, com o n de identificao no trmino do cabo, e outra prxima ao aparelho. As extremidades dos cabos no devem ficar no cho devido ao escoamento de gua. Caso os cabos tenham que ficar mergulhados temporariamente o preparo do isolamento de sua ponta o que segue: Manter durante 10 minutos em parafina a 95C Enrolar com fita de borracha natural, mergulhando em massa isolante. Aps secagem aplicar nova camada de fita de borracha. Repete-se novamente a ltima fase. O concreto no dever ser lanado diretamente dobre o medidor. Ele dever ser lanado em camadas e vibrado com cuidado. Cuidados especiais devem ser tomados quando no preparo para concretagem da camada superior a instrumentada. Aps a concretagem os cabos so conduzidos at a caixa seletora, atravs de um tubo de dimetro 75 mm, onde so conectados. Esta caixa seletora ser envolvida por uma proteo especial e uma lmpada ficar acessa, para a proteo contra a umidade nas conexes. Dispondo um grupo de deformmetros em um s plano, determinam-se as tenses e direes principais. Para a colocao dentro do concreto dispe-se o processo construtivo de Block-out, que consiste em uma forma de madeira (figura 3.3) para formar o recinto onde ser colocado o deformmetro, descrito na foto 3.4. O concreto inicialmente colocado a uma distncia de 10 cm da aranha. Colocam-se os deformmetros de 1, 2, 3 e 4 coplanares em sentido ao fluxo, sendo colocado o primeiro no sentido a jusante e o extensmetro n 5 na direo normal ao fluxo, sendo este ltimo coplanar com o n 3. Todos esto inseridos na aranha (foto

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3.1) com uma haste de 165 mm de comprimento e 10 mm de dimetro de estrutura, no rgida longitudinalmente e roscvel em ambos os lados. Posteriormente prossegue-se o concreto em camadas de 10 cm e com agregados de dimetro igual ou menor a 38 mm, orientando os cabos (figura 3.7) em tubo de PVC de 75 mm de dimetro a caixa seletora. (foto 3.2) Para a instalao necessrio Fixar na camada anterior, uma haste com um suporte de modo a ficar 70 cm do topo da camada (figura 3.2), onde dever ser rosqueado o suporte. (figura 3.3) Quando a concretagem estiver a 10 cm da base da roseta nivelar a superfcie e assentar a forma de proteo (foto 3.4 e figura 3.4) Continuar a concretagem at o nivelamento do topo da forma de proteo. (figura 3.5) Retirar a forma e instalar as pegas dos deformmetros (figura 3.6). Esta pega far a ligao no rgida ao suporte de modo que uma deformao de um extensmetro no seja transmitida outra pega ou ao suporte. Fazer a instalao final dos deformmetros, distribuindo os cabos de maneira que estejam agrupados antes de serem recobertos (figura 3.7). Comear a cobrir manualmente com concreto os medidores horizontais, retirando os agregados dimetro maior que 38 mm e usando vibrador adequado. A cada camada deve ser de aproximadamente 10 cm Logo aps o trmino de concretagem da camada fazer uma canaleta de unio das rosetas com a tubulao que vai at a central de leitura. No dia seguinte os cabos so argamassados.(foto 3.5 e 3.7)

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FIGURA 3.3: ESQUEMA DE INSTALAO DOS DEFORMMETROS.

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FIGURA 3.4: SUPORTE DE ROSETA PARA 5 DEFORMMETROS.

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FOTO 3.3: COLOCAO DA CAIXA ATENSORIAL E DA CAIXA PARA FORMAO DO BLOCK-OUT PARA INSTALAO DOS DEFORMMETROS.

FOTO 3.4: INCIO DO RECOBRIMENTO DOS DEFORMMETROS (A) E CANALETA PARA PASSAGEM DOS CABOS (B).

(a)

(b)

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FIGURA 3.5: FORMA DE PROTEO DOS DEFORMMETROS.

40

FIGURA 3.6: PEGA DO EXTENSMETRO.

FIGURA 3.7: DEFORMMETROS DIRECIONAIS.

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FIGURA 3.7: DEFPORMMETROS DIRECIONAIS

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3.1.5 Descrio de funcionamento O extensmetro eltrico baseia-se na relao linear existente entre a tenso aplicada a um fio de ao e a sua resistncia eltrica: A resistncia, em ohms, pode ser obtida pela expresso:

R =

s

(3.1)

R= resistncia eltrica em ohms = resistividade (ohms) s = seo do condutor (mm)

Onde a tenso aplicada dada pela expresso:

=

l * E l

(3.2)

E = mdulo de elasticidade (Kgf/cm2) l = comprimento do cabo (m) l = variao do comprimento (mm) = tenso aplicada (Kgf/cm2)

De (3.1) e (3.2)

R=

* E * l *s

(3.3)

Para a determinao das deformaes, mede-se a relao das resistncias entre duas bobinas. O sistema eltrico adotado a ponte de Wheatstone.

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Quando ocorre uma deformao, a resistncia de uma bobina aumenta e a outra diminui de mesma quantidade. Quando ocorre uma variao de temperatura as resistncias sofrem variaes de comprimento muito semelhantes, fato da relao de resistncia no vir afetada pela temperatura. Entre duas pocas, a variao de relao de resistncia simplesmente multiplicada por uma constante, que varia de extensmetro para extensmetro.

3.1.6 Determinao da temperatura Para a determinao da temperatura, basta ligar as duas resistncias em serie e determinar a resistncia total. A preciso no afetada pela deformao, desde que as bobinas sofram deformaes iguais e opostas como de fato ocorre. A expresso usada para o clculo da temperatura a seguinte:

T = [ (R1 + R2 ) R0] * Ct

(3.4)

R0 = resistncia a 0 C Ct = constante de temperatura (valor do instrumento) T = temperatura em C R1 = resistncia n 1 R2 = resistncia n 2

Uma das vantagens da obteno de temperaturas reside no fato de ser conhecida a sua influencia sobre o valor total das deformaes.

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3.1.7 Calibrao Para que possamos conectar os terminais do medidor a uma caixa de leitura, somos obrigados a colocar uma extenso de cabo, o que influi na impedncia do circuito, alterando as resistncias originais do medidor. Sendo assim, necessrio fazer, ento uma recalibragem do medidor.

3.1.7.1 - Obteno da constante de calibragem "f" e sua linearidade A calibrao executada com um calibrador mostrado na foto 3.6, no qual usa-se um relgio comparador com preciso de 1/1000 mm (um mcron). Uma pequena variao de comprimento l transmitida ao medidor de deformao movendo-se a haste (1), mostrada na figura 3.8, atravs de um mecanismo de parafuso micromtrico.FIGURA 3.8: CALIBRADOR DE EXTENSMETRO PARA CONCRETO

Deformmetro

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FIGURA 3.9: DESENHO ESQUEMTICO DO CALIBRADOR DE EXTENSMETRO.

L-se a variao de comprimento do medidor de deformao no relgio comparador (5) enquanto que uma variao da taxa de resistncia medida pelo indicador CM-4F. A constante de calibragem f dada pela expresso abaixo:l *(10-6/0,01), l * Z

f=

(3.5)

Sendo l o comprimento da base do medidor de deformao e Z, a variao da taxa da resistncia. A linearidade pode ser verificada medindo-se a relao l e Z e, geralmente, deve permanecer dentro do desvio de 1% do desempenho nominal. Ao se executar as calibragens, ambas as deformaes, por trao e compresso, so medidas a partir de uma deformao zero, sem carga. A taxa de resistncia sem carga varia de cerca de 0,3% devido variao de temperatura, porm no afeta qualquer uso prtico em virtude da larga faixa de medio.

3.1.7.2 - Obteno da constante de temperatura "" Para a calibragem, devero ser usados, um termmetro de preciso e um

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reservatrio de gua com agitador. Coloca-se o medidor de deformao no reservatrio e mede-se a resistncia Rt ( ) e RU ( ) as temperaturas t C e t' C, dadas em graus Celsius respectivamente. A equao seguinte usada para calcular a constante de temperatura ""

=

t 't 1 * ( C / 0,001) Rt ' Rt 100

(3.6)

3.1.7.3 - Determinao da constante de correo "b" O medidor de deformao envolvido por um tubo de quartzo ou de invar fundido que tem um coeficiente trmico de expanso muito baixo, colocado no reservatrio adiabtico e procede-se do mesmo modo como descrito em 3.2.2. As taxas de resistncias Z e Z' em dois estgios so tomadas s temperaturas t C e t' C, respectivamente, usando-se a seguinte equao para clculo de "b":

b=

(Z ' Z ) f (t 't )

10 6 + k C

(3.7)

Onde "f" a constante de calibragem do medidor de deformao e "k" o coeficiente trmico de expanso do quartzo (0,5 - (0,6 x 10-6/C)), ou do invar (1x10-6/ C).

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3.1.8 - Emendas do cabo Uma srie de medidas tomada na preparao dos instrumentos, principalmente nas emendas de cabos, a fim de garantir a adequada proteo e desempenho. Relacionamos abaixo duas seqncias para as emendas:

3.1.8.1 Emendas usando fita auto-fusivaa) Desencapa-se a proteo de neoprene em um comprimento de 10 cm nos cabos a

unir (figura 3.9);b) Cortam-se os condutores com os comprimentos indicados; c) Desencapar todos os condutores em aproximadamente um cm; d) Torcer as extremidades (figura 3.9) e) Unir os condutores da mesma cor e soldar. Qualquer ponto ou fio saliente deve ser

eliminado;f) Encapar a solda de cada condutor com fita de borracha natural, lixando a proteo

de neoprene de cada cabo por uma extenso de quatro cm (figura 3.10);g) Cobrir toda a rea da emenda com fita auto-fusiva (figura 3.10)

48

FIGURA 3.10: EMENDA AUTO-FUSIVA, DO ITEM A AO ITEM E.

A A

B

C

D

E

49

FIGURA 3.11: EMENDA AUTO-FUSIVA, DO ITEM F AO ITEM G.

F

G

3.1.8.2 Emendas usando resina epoxdica A seqncia de a at e ser a mesma do subitem anterior f) Encapar a solda de cada condutor e depois toda emenda com fita de borracha natural. g) Colocar a parte isolada dentro do recipiente que receber a resina (foto 3.7) h) Agita-se cuidadosamente o endurecedor e a resina. O endurecedor devido reao qumica entre o endurecedor e a resina, sendo indispensvel que os dois componentes se encontrem completamente.

50

FOTO 3.5: EMENDAS DE RESINA EPOXDICA

3.1.9 - Caixa atensorial

3.1.9.1 - Introduo As tenses a serem calculadas atravs dos deformmetros devero ser somente devidas a carga, precisando ento que as deformaes devidas s variaes de temperaturas, umidade reaes qumicas e outras, sejam corrigidas. Para isso necessria a colocao de um extensmetro corretor livre do campo de tenses, que fornea as variaes de comprimento devido s solicitaes distintas do carregamento. A retirada das outras causas acima citadas sero estudadas adiante. Este extensmetro colocado em caixa atensorial (foto 3.8) que ser preenchida e envolvida pelo mesmo concreto que envolve a roseta. Os deformmetros corretores so instalados a uma distancia de um metro e meio (1,5) da roseta sendo a sua distancia ao parmetro igual a dos deformmetros medidores.

51

FOTO 3.6: CAIXA ATENSORIAL COM O EXTENSMETRO CORRETOR

(A)

3.1.9.2 - Instalao A caixa atensorial colocada a uma distancia de 10 cm do topo da camada, sendo que o deformmetro corretor j est na posio correta na caixa. Continua-se a concretagem da camada at que esta nivele com a boca da caixa. Colocar manualmente o concreto no dimetro mximo maior ou igual a 37mm, dentro da caixa usando vibrador com haste de dimetro de 25 mm. Aps o preenchimento total, continuar a concretagem da camada evitando choques com a caixa atensorial. Deve-se cuidar para que haja uma perfeita identificao do concreto que envolve o aparelho.

3.1.10 - Programa de leitura Os instrumentos da linha Carlson podero obedecer ao seguinte programa de leituras:a) Antes da execuo da emenda dos cabos b) Aps a execuo da emenda dos cabos c) Antes da instalao do instrumento

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d) Durante a instalao do instrumento e) Logo aps a instalao do instrumento f) De quatro em quatro horas at o concreto atingir a temperatura mxima. g) Diariamente durante uma semana h) Duas vezes por semana at um ms a contar da ltima leitura diria i) Semanais durante a construo j) Duas vezes por semana durante o enchimento k) Semanais durante seis meses l) Mensais, dai em diante

importante que todos os aparelhos a partir do item (i) sejam lidos no mesmo dia e hora. Essa rotina poder ser alterada em funo de eventos que justifiquem uma observao mais amide.

3.1.11 Clculo da origem da leitura dos medidores de deformao Na figura 3.1, as cinco direes so representadas pelas hastes 1,2,3,4 e 5 nas quais se encontram os deformmetros pertencentes a uma mesma roseta. Faz-se, I1 = E1 + E3 I2 = E2 + E4 Sendo Ei a deformao na direo i A origem escolhida para clculo e traado dos diagramas de variao das deformaes de uma dada roseta poder ser na poca a partir da qual as diferenas I1I2 tornam aproximadamente constantes. Como: Ei = f(Li L0) + (b - c) (ti t0)

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Tem-se:

I1 = f1 (L1 L01 ) + f3 ( L3 L03) I2 = f2 (L2 L02 ) + f4 (L4 L04 ) A partir do momento que esta diferena se torna constante, se torna valida as leituras da roseta de deformmetros, obtendo seu zero.

3.2 - TENSMETRO PARA CONCRETO "Instrumento utilizado para a observao de presses em estruturas de concreto, solo ou enrocamento. Consiste geralmente em uma almofada metlica, que fica alojada no interior do concreto, solo ou enrocamento, e cujo principio de funcionamento pode ser eltrico (resistncia varivel ou corda vibrante), pneumtico ou hidrulico. Aplica-se geralmente ao estudo da distribuio de tenses em revestimento de tneis, muros de arrimo, barragens de terra e enrocamento e estruturas de concreto em geral. Quando utilizada em macios de terra, como a presso medida a presso total, deve ser instalada juntamente com uma clula piezomtrica, para possibilitar a determinao da presso efetiva.[ABGE, 1979] Este instrumento tem a finalidade de medir diretamente as tenses de compresso, que venham a ocorrer no interior de uma massa de concreto. Sua instalao feita em planos horizontal ou inclinada, em funo do local ou situao que se deseja observar o desenvolvimento das tenses (roseta de tensmetros).

3.2.1 - Caractersticas tcnicas A tabela 3.2 mostra as caractersticas tcnicas principais dos tensmetros estudados.

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TABELA 3.2: CARACTERSTICA TCNICAS PRINCIPAIS DO TENSMETRO.

CARACTERSTICA Tipo Procedncia Dimenses

Faixa de medio Preciso

MODELO C-800 Eltrico Americano cilndrica em forma de disco, com dimetro de 190 mm e espessura de 13 mm; cilndrica em forma de tubo, com dimetro de 38 mm e altura de 146 mm 0 a 5,5 MPa 0,01%

MODELO C-1500 Eltrico Americano cilndrica em forma de disco, com dimetro de 190 mm e espessura de 13 mm; cilndrica em forma de tubo, com dimetro de 38 mm e altura de 146 mm 0 a 10 MPa 0,01%

FIGURA 3.12: TENSMETRO PARA CONCRETO

55

3.2.2 - Componentes Disco: estrutura metlica, fixada ao concreto atravs de pequenos chumbadores, comportando em seu interior um filme de mercrio. Deformmetro: Tipo Carlson, instalado no corpo cilndrico metlico, posicionado acima do disco. Cabo Condutor: cabo com condutores ligando o aparelho ao terminal de leitura. O cdigo do instrumento feito de maneira semelhante roseta de deformmetro, existindo, porm apenas as posies 2, 3 e 4 mostradas na foto 3.9.

3.2.3 - Instalao Essencialmente a superfcie preparada para instalao do aparelho dever apresentar a menor deformao possvel (dura). So previstas duas situaes de instalao nos Tensmetros para concreto: em planos horizontais e inclinados.

3.2.3.1 -Medidor no plano horizontal Em uma cavidade, programada previamente ou escavada, com profundidade de 0,30 m, localizada no topo da camada anterior de concretagem, lanada em sua base, em forma de um cone, um a argamassa de mdulo de deformabilidade prximo daquele do aparelho. Alinhados os chumbadores (trs) existentes as presilhas fixadas no aparelho, posiciona-se o medidor por sobre a argamassa no estgio plstico, comprimindo o aparelho contra a argamassa at que a mesma obtenha uma espessura se 5 mm. O aparelho poder ser coberto, aps a argamassa apresentar-se levemente consistente, com concreto de caractersticas idnticas ao do restante da camada, com a retirada dos agregados de dimenso maior que 76 mm. O tensmetro mostrado na figura 3.9.

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FOTO 3.9: TENSMETRO NO PLANO HORIZONTAL

3.2.3.2 - Medidor no Plano Inclinado A instalao do tensmetro para concreto em planos inclinados (45) segue a mesma seqncia construtiva estabelecida para o plano horizontal, a exceo da cavidade ou recesso que deve obedecer a uma geometria trapezoidal, conforme apresentado na foto 3.10.FOTO 3.10: ROSETA DE TENSMETROS

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3.2.4 - Princpio de funcionamento O disco, em contato com a superfcie de concreto, recebe tenses de compresso oriundas da massa de concreto. Comprime, ento, um fino filme de mercrio que penetra em um tubo de pequeno dimetro. O diafragma interno existente neste tubo atuado pelo mercrio, sofrendo deformaes elsticas diretamente proporcionais intensidade das tenses. No extensmetro eltrico, tipo Carlson, mantido acima do diafragma, a medida feita atravs de um circuito em ponte de Wheatstone, determinando a tenso atuante sobre o disco.

3.2.5 - Anormalidades eventuais e suas causas Contato imperfeito entre o disco e a argamassa face existncia de bolhas de ar e/ou acmulo de gua no contato; Divergncia ou convergncia de tenses face diferentes mdulos de

deformabilidade entre medidor e a argamassa de contato. Infiltrao de umidade pelos cabos, causando perda do aparelho; Ruptura dos cabos por proteo inadequada, causada por processos construtivos, trfego e vandalismo.

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4.0 EXPERIMENTOS EM ITAIPU

Tendo em vista a grande quantidade de instrumentos instalados na barragem de Itaipu, apresentados por trecho na tabela 4.1, resolveu-se fazer experimentos representativos para avaliar o desempenho de tensmetros e deformmetros instalados no interior do concreto, que foram os instrumentos selecionados para estudos nesse trabalho. Os instrumentos foram comparados entre si, segundo critrios citados a seguir: Situados no mesmo bloco-chave; Localizados em altitudes de instalao prximas; Do mesmo fabricante; Dados de leitura na mesma poca. Foram efetuados os seguintes experimentos: 1. Desempenho de rosetas de deformmetros de modelos diferentes. 2. Desempenho de tensmetros de modelos diferentes. Estes experimentos sero descritos, a seguir, em separado.TABELA 4.1: QUANTIDADE DE INSTRUMENTOS INSTALADOS NA BARRAGEM DE ITAIPU.

TIPO DE APARELHO FABRICANTE MODELO STITUAO Vertedouro (A) Barragem Lateral Direita (D) Blocos de Ligao Esquerda(E) Barragem Principal (F) Canal de Desvio (H) Barragem de Ligao Esquerda (I) Casa de Fora (U) rea de Montagem Direita (S) rea de Montagem(T) Total por situao Total por modelo Total de instrumentos instaladosLegenda: O = OPERANDO DE = DESATIVADO DA = DANIFICADO

DEFORMMETRO CARLSON M-10 A-10O DE DA O DE DA O

TENSOMETRO CARLSON C-800 C-1500DE DA O DE DA

0

3 3 6 30

9 15 24

27 75 109 47 258

24 6 6 16 52 319

3 5 1 9

2 8 31 3 11 55

2 2 60

2 1 3 69

2 5 2 9

0 9

0

349

59

Antes de descrever os experimentos realizados nesse trabalho ser citado um trabalho, tambm feito em Itaipu, que avaliou o desempenho entre tensmetros e deformmetros. Esses experimentos esto citados no item 4.1.

4.1 EXPERIMENTO REALIZADO EM LABORATORIO.

4.1.1 - Generalidades A barragem de concreto de Itaipu constituda por estruturas do tipo gravidade aliviada, contraforte e gravidade macia. Sendo o bloco mais alto de 196m de altura posicionado na regio do leito do rio. Foi construda no perodo de 19761982. Na barragem principal os blocos chaves instrumentados foram E6, F5/6, F19/20, F35/36 e I10, e no vertedouro os blocos A7 e A15 (ROSSO, 1996). A barragem foi construda em camadas de concretagem com 2,5 m de espessura, estando os instrumentos embutidos, instalados na parte central do contraforte e das camadas de concretagem. (ROSSO, 1996). Foram instalados, uma roseta de deformmetro ou um tensmetro, a cada 100.000 m3 de concreto. (COTRIM, 1982).

4.1.2 Experimento no laboratrio de Itaipu Os dados a seguir foram extrados de ROSSO(1996) e esto sendo citados, pois foi possvel no inicio da construo da barragem fazer ensaios no laboratrio de Itaipu para avaliar o desempenho entre tensmetros e deformmetros. Esses ensaios foram feitos com corpos de prova de dimetro 75 cm por 210 cm de altura e tiveram incorporados durante sua moldagem, quatro tensmetros e trs deformmetros, conforme figura 4.1. O ensaio consistiu na aplicao de cargas axiais e hidrostticas, nas idades de 4 a 35 dias, com variaes da temperatura do concreto entre 60 e 90 dias de idade e

60

manuteno do carregamento por perodos de 92 a 254 dias, para a comparao entre as tenses aplicadas e tenses medidas. Nos ensaios em Itaipu procurou-se avaliar os procedimentos de instalao no concreto fresco e concreto endurecido. Os tensmetros foram apoiados sobre uma pelcula de argamassa rgida, com cerca de quatro mm de espessura, com trao 1:2:2 (cimento/areia/ granalha de ao), com relao a/c=0,56 e dimetro mximo da areia e granalha de 0,59 mm. Essa argamassa rgida tem um mdulo de deformabilidade aproximadamente iguais ao do medidor para que no haja convergncia ou divergncia de tenses. As principais concluses obtidas desses ensaios foram: Os tensmetros instalados em concreto fresco (aps 6 horas de formao do block-out) apresentaram um melhor desempenho que aqueles instalados em concreto endurecido; A camada de argamassa rgida na base do aparelho fundamental para o melhor desempenho dos tensmetros; Com a introduo da argamassa no processo de instalao, constatou-se que as tenses teriam um erro mdio de 5% e mximo de 10%.

61

FIGURA

4.1: AVALIAO LABORATRIO.

DO

DESEMPENHO

DOS

DEFORMMETROS

E

TENSMETROS

EM

RELGIO COMPARADOR TENSMETRO

DEFORMMETRO

FONTE: VASCONCELOS E SCANDIUZZI, 1980.

4.2

AVALIAO

COMPARATIVA

ENTRE

TENSMETROS

E

DEFOMMETROS Extrados do mesmo trabalho do item anterior, os dados aqui analisados foram fornecidos pelos instrumentos. Aps 17 anos de funcionamento dos tensmetros e deformmetros foram comparadas tenso medidas pelos instrumentos e as tenses tericas. Os instrumentos estudados esto instalados em posies simtricas dentro do mesmo bloco, conforme figura 4.2.

62

FIGURA 4.2: POSIO DOS INSTRUMENTOS NO BLOCO F19/20.

pp =terica M = medida

Atravs desta anlise observou-se que: Os tensmetros mostraram bom ajuste entre tenses tericas e medidas, sendo um instrumento confivel para a medio, tanto de tenso de compresso em valor absoluto, como para as variaes de tenso. No perodo de dois at trs meses da instalao dos deformmetros, so observadas tenses superiores s tericas, no sendo instrumentos confiveis em termos de medio de tenses absolutas. A partir deste perodo inicial o instrumento apresenta medidas compatveis s dos tensmetros. No perodo de enchimento do reservatrio os deformmetros apresentam vantagem sobre o tensmetro, pois medem tambm as tenses de trao.

63

4.3 EXPERIMENTOS PROPOSTOS Os experimentos a seguir descritos foram citados no item 4.0. Os dados analisados so de mais de 20 anos de operao da usina. Durante esse tempo foram registradas todas as ocorrncias envolvendo os instrumentos para auscultao, instalados na barragem de concreto. No controle dessas ocorrncias, feito pela Itaipu, os instrumentos receberam a seguinte classificao: Desativado Danificado Os instrumentos desativados foram aqueles instalados com objetivo de observar o comportamento da barragem na fase de construo e do enchimento do lago, para compar-lo com o previsto em projeto. Esta observao serviu tambm para observar os materiais utilizados, mtodos construtivos e retro alimentao do projeto. Para a anlise do desempenho dos modelos de deformmetros e de tensmetros sero considerados neste estudo de caso, para avaliao da vida til dos instrumentos, somente aqueles classificados com danificados.

4.3.1 Desempenho de tensmetros para concreto de modelos diferentes Os instrumentos considerados nesse estudo para a avaliao da vida til dos tensmetros de concreto esto instalados no bloco-chave F19, posicionados na regio de jusante, o modelo A-10 na altitude 188,80 e o modelo M-10 na altitude 183,05, como ilustra a figura 4.3. Os instrumentos que foram objetos desse estudo esto mostrados na tabela 4.2, que consta os modelos, cdigo de projeto, distncia de montante, distancia da junta do bloco adjacente e altitude dos referidos aparelhos. Nesta tabela verificas-se que o TN F-22 mais a jusante que o instrumento TN F-24, enquanto esse ltimo se encontra mais prximo da junta entre os blocos F19/20.

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TABELA 4.2: TENSMETROS ESTUDADOS.

MODELO C-1500 C-800

CDIGO DO ALTITUDE PROJETO TN F-22 TN F-24 053,75 101,25

DISTNCIA DE MONTANTE (m) 97,00 32,30

DISTNCIA A JUNTA ESQUERDA (m) 26,00 2,58

FIGURA 4.3: LOCALIZAO NO BLOCO F 19/20 DOS TENSMETROS ESTUDADOS.

APARELHOS ESTUDADOS

Os tensmetros so do tipo Carlson nos modelos C-800 e C-1500, estando descritas suas caractersticas tcnicas e princpio bsico de funcionamento descritos nos itens 3.2.1 e 3.2.2, respectivamente. Existem instalados na barragem de Itaipu 60 tensmetros do modelo C-800 e 9 do modelo C-1500.

65

Foi observada a quantidade de instrumentos de cada modelo que parou de fornecer leitura e o tempo de funcionamento de cada instrumento, estando detalhado na tabela 4.3.TABELA 4.3: SITUAO DOS TENSMETROS DANIFICADOS

TENSOMETRO

CDIGO DO INSTRUMENTO RTU9014 TNF24 TNF01 -

DATA DA OCORRENCIA 13/10/1981 08/08/1988 04/11/1988 -

C-800 C-1500

TOTAL DE TEMPO DE % INSTRUMENTOS FUNCIONAMENTO DANIFICADA INSTALADOS 4 dias 60 5 7 anos e 11 meses 9 anos e10 meses 9 0

Foram analisados os relatrios de clculo que contm dados como as datas das leituras, as tenses fornecidas pelo instrumento, a temperatura do concreto e a temperatura ambiente. Esses dados esto plotados nos grficos de 01 a 03 mostrados a seguir.GRFICO 01: TENSES OBTIDAS PELOS TENSMETROS ESTUDADOS

TENSES5,00 0,00 -5,00 -10,00 -15,00 (Kgf/cm2) -20,00 -25,00 -30,00 -35,00 -40,00 -45,00 -50,00 -55,00 21/mai/85 14/mar/83 19/mar/84 21/mai/96 23/ago/82 13/dez/82 28/abr/87 26/dez/84 22/nov/88 18/fev/88 22/mai/01 28/jan/82 9/jul/86 25/jun/90 11/jun/91 27/jun/83 31/out/83 30/abr/81 15/out/85 21/jan/93 19/jan/98 7/ago/80 6/ago/84 5/abr/82 20/set/94 21/set/99 4/set/89

QUEBRA DO INSTRUMENTO

TNF24

TNF22

66

Como as tenses nos blocos esto estabilizadas, os valores de tenso ficam sujeitos apenas a variao de temperatura ambiente e, por conseguinte aos mximos e mnimos que variam de ano a ano. Atravs do grfico de tenso observa-se que o campo de leitura no atingiu o seu mximo, sendo excludo tambm este fator de quebra do instrumento. Os princpios bsicos de funcionamento de ambos os modelos de tensmetro so iguais, no sendo esse um fator de quebra.

GRFICO 02: TEMPERATURA DO CONCRETO FORNECIDA PELOS INSTRUMENTOS.

Temperatura do concreto

(C) 30,029,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 31/mai/82 23/mai/83 23/jul/84 1/jun/81 4/jun/85 19/ago/87 18/out/82 7/ago/80 26/dez/84 13/nov/85 26/set/83 29/set/86 20/fev/84 8/fev/82 8/fev/83

QUEBRA DO INSTRUMENTO

18/mai/89

19/mai/98

16/jul/96

5/jul/88

22/mar/00

18/nov/92

TNF24

TNF22

26/fev/91

20/set/94

23/jan/02

3/abr/90

67

GRAFICO 03: MDIA SEMANAL DA TEMPERATURA AMBIENTE.

Temperatura ambiente mdia semanal31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 14/Fev/87 12/Nov/83 07/Ago/80 30/Ago/86 07/Ago/87 10/Nov/90 14/Mar/86 23/Fev/92 27/Mai/83 25/Mai/90 21/Set/85 07/Ago/92 31/Dez/81 04/Dez/82 30/Dez/88 03/Dez/89 18/Dez/93 23/Jan/81 23/Jan/88 19/Out/84 12/Out/91 18/Jun/82 17/Jun/89 25/Jan/93 28/Abr/84 06/Abr/85 28/Abr/91 10/Jul/81 10/Jul/88 09/Jul/93

C

Atravs dos grficos observa-se que a amplitude sazonal de temperatura do concreto no acompanha a amplitude da temperatura ambiente. O concreto no absorve toda esta temperatura ambiente, ficando com uma amplitude de variao inferior, oscilando a temperatura do concreto em faixa de 17C a 22C, enquanto que a temperatura ambiente mdia, no mesmo perodo, na faixa de 8C a 30C. Na poca em que o tensmetro foi danificado no houve nenhum fator anormal com a temperatura como, por exemplo, inverno rigoroso ou vero rigoroso, que pudesse relacionar sua quebra.

4.3.2 Desempenho das rosetas de deformmetros de modelos diferentes

4.3.2.1 - Anlise da temperatura As rosetas de deformmetros aqui estudadas so do tipo Carlson, nos modelos A-10 e M-10, instaladas na barragem de Itaipu, cujas caractersticas tcnicas e princpio bsico de funcionamento foram descritos nos itens 3.1.2 e 3.1.3, obtidos

68

atravs da reviso bibliogrfica feita nos relatrios existentes no acervo de Itaipu. Na barragem existem instalados 30 deformmetros do modelo M-10 e 319 do modelo A-10. A tabela 4.1 detalha a situao desses instrumentos. Para que sejam consideradas aptas a fornecerem leitura, as rosetas precisam ter pelo menos dois deformmetros, das posies 1, 2, 3 e 4, fornecendo leitura e a posies 5 e 6 devem estar funcionando ou pelo menos constantes. As posies dos deformmetros esto mostradas na figura 3.1. As rosetas que foram analisadas nessa pesquisa esto descritas na tabela 4.3 e localizadas no bloco chave A7, conforme mostra a figura 4.4.TABELA 4.4: ROSETAS ESTUDADAS.

MODELO M-10 A-10

CDIGO DO PROJETO RD-A-02 RD-A-01

ALTITUDE 183,05 188,80

DISTNCIA DE MONTANTE (m)

DISTNCIA A JUNTA ESQUERDA (m)

41,00 41,00

9,00 12,50

FIGURA 4.4: LOCALIZAO DAS ROSETAS DE DEFORMMETROS NO BLOCO A 7.

RD A 01

RD A 02

69

Foi observada a quantidade de instrumentos de cada modelo que parou de fornecer leitura e o tempo de funcionamento de cada instrumento, estando detalhado na tabela 4.5.TABELA 4.5: SITUAO DOS TENSMETROS DANIFICADOS

DEFORMMETRO

CDIGO DO INSTRUMENTO RDA02 2 RDA02 3 RDA02 4 RDA02 5 RDA02 6 RDA03 1 RDA03 2 RDA03 3 RDA03 4 RDA03 5 RDA03 6 RDF71 1 RDF71 2 RDF71 3 RDF71 4 RDF71 5 RDF71 6 RDF72 2 RDF72 4 RDF72 5 RDF72 6 RDF73 1 RDF73 3 RDF73 4 RDF73 5 RDF73 6 RDD02 6 RDD04 6 RDD08 2 RDF41 3 RDF42 2 RDF42 3 RDF44 3 RDF28 1 RDU07 4

DATA DA OCORRENCIA 27/10/1988 23/07/1987 27/10/1987 22/11/1988 09/01/1989 29/11/1990 31/08/1988 12/06/1991 12/06/1991 21/12/1989 04/08/1987 21/11/1994 20/09/1995 17/11/1992 07/02/1983 04/02/1985 14/08/1995 14/12/1993 01/02/1989 07/03/1989 20/10/1993 19/08/1997 21/06/1994 20/08/1991 19/05/1992 19/09/1990 12/05/1981 22/07/1991 16/10/1989 10/04/1984 03/12/1981 03/12/1981 17/02/1981 05/02/1986 23/03/1994

M-10

A-10

TOTAL DE TEMPO DE % INSTRUMENTOS FUNCIONAMENTO DANIFICADA INSTALADOS 9 anos e 8 meses 8 anos e 5 meses 8 anos e 8 meses 9 anos e 9 meses 9 anos e 11 meses 11 anos e 9 meses 9 anos e 6 meses 12 anos e 4 meses 12 anos e 4 meses 11 anos e 10 meses 8 anos e 6 meses 15 anos e 9 meses 16 anos e 7 meses 30 87 13 anos e 9 meses 4 anos 6 anos 16 anos e 4 meses 14 anos e 10 meses 10 anos 10 anos e 1 ms 14 anos e 8 meses 18 anos e 7 meses 15 anos e 5 meses 12 anos e 7 meses 13 anos e 4 meses 11 anos e 8 meses 1 ano e 2 meses 12 anos e 3 meses 10 anos e 7 meses 3 anos e 8 meses 2 dias 319 2,8 2 dias 2 dias 5 anos e 7 meses 13 anos e 11 meses

O grfico que mostra o perodo de tempo que cada instrumento danificado funcionou, est no anexo 01. Como um dos objetivos do estudo de caso saber se a temperatura tem

70

alguma influncia para que ocorra dano ao instrumento, foram analisados os relatrios de clculo dos instrumentos estudados, onde constam a temperatura ambiente e a temperatura do concreto no ponto onde est instalado o instrumento, para a verificao dessa hiptese. Foram plotados os grficos 04 a 06 referentes a esses dados e observado o comportamento do instrumento segundo estas variveis, dados que so fornecidos pelo software utilizado na Itaipu para tratamento das leituras obtidas.

GRFICO 04: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFOMMETROS RD A 01

Temperatura medida por RD A 01C45

40

35

30

25

20

15

10n/ 7 ju 9 l/ j a 79 n/ 8 ju 0 l/ j a 80 n/ 8 ju 1 l/ j a 81 n/ 8 ju 2 l/ j a 82 n/ 8 ju 3 l/ j a 83 n/ 8 ju 4 l/ j a 84 n/ 8 ju 5 l/ j a 85 n/ 8 ju 6 l/ j a 86 n/ 8 ju 7 l/ j a 87 n/ 8 ju 8 l/ j a 88 n/ 8 ju 9 l/ j a 89 n/ 9 ju 0 l/ j a 90 n/ 9 ju 1 l/ j a 91 n/ 9 ju 2 l/ j a 92 n/ 9 ju 3 l/ j a 93 n/ 9 ju 4 l/ j a 94 n/ 9 ju 5 l/ j a 95 n/ 9 ju 6 l/ j a 96 n/ 9 ju 7 l/ j a 97 n/ 9 ju 8 l/ j a 98 n/ 9 ju 9 l/ j a 99 n/ 0 ju 0 l/ j a 00 n/ 0 ju 1 l/ j a 01 n/ 0 ju 2 l/0 2

ja

brao 1

brao 2

brao 3

brao 4

brao 5

brao 6

4.3.2.2 - Anlise das tenses

GRAFICO 06: TEMPERATURA AMBIENTE MDIA SEMANAL

GRFICO 05: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFOMMETROS RD A 02

11 9

15 13

19 17

21

25 23

29 27

31

C

7 jan/79 mai/79 set/79 jan/80 mai/80 set/80 jan/81 mai/81 set/81 jan/82 mai/82 set/82 jan/83 mai/83 set/83 jan/84 mai/84 set/84 jan/85 mai/85 set/85 jan/86 mai/86 set/86 jan/87 mai/87 set/87 jan/88 mai/88 set/88

20 fev/79 mai/79 ago/79 nov/79 fev/80 brao 1 mai/80 ago/80 nov/80 brao 2 fev/81 mai/81 ago/81 nov/81 fev/82 mai/82 ago/82 nov/82 fev/83 mai/83 ago/83 nov/83 fev/84 mai/84 ago/84 nov/84 fev/85 mai/85 ago/85 nov/85 fev/86 mai/86 ago/86 nov/86 fev/87 mai/87 ago/87 brao 5 brao 4 brao 3

22

24

26

28

30

32

34

36

C

Analisando os grficos plotados com os dados at a data de sua quebra e que

Temperatura medidad por RD A 02 (M-10)

Temperatura mdia semanal

brao 6

71

72

esto nos anexos de 01 a 07, observa-se que das rosetas de deformmetros RD A 01(anexo 02) e RD F 01(anexo 03), modelos A-10, que: - os instrumentos referidos esto em funcionamento at a data deste trabalho; - a variao das tenses bem definidas em inverno/vero. Nos grficos das rosetas RD A 02 (anexo 04), RD A 03 (anexo 05), RD F 72 (anexo 06), RD F 71 (anexo 07) e RD F 73 (anexo 08), modelos M-10, observase que: os instrumentos no esto funcionando mais; a variao das tenses no bem definida. Comparando os grficos dos instrumentos que esto funcionando com os que no esto, observa-se ainda que os primeiros apresentam a amplitude de variao das tenses maior que os instrumentos que no funcionam. Este fato pode ter ocorrido pelo fato do instrumento do modelo M-10 ser destinado a medidas em laboratrio, sendo indicado para instalao em corpos de provas, por isso o aparelho apresenta um transdutor menor, bem como seu dimetro, tornando menos robusto em relao modelo A-10.

4.3.2.3 Anlise dos componentes internos dos deformmetros Como as hipteses anteriores no tiveram influencia sobre o desempenho dos instrumentos, foram abertos deformmetros de ambos os modelos para uma anlise visual do funcionamento e dos componentes internos dos instrumentos. Durante o processo de abertura, foi-se fotografando os passos seguidos, sendo mostrado nos itens a seguir: a. Deformmetro do modelo A-10 b. Deformmetro do modelo M-10

73

a) Deformmetro do modelo A-10 Na foto 4.1, apresenta-se um deformmetro do modelo A-10, fechado, e tambm a sua proteo de PVC, sendo a parte central aberta para salientar o corpo do instrumento. Nessa figura pode se ver o tubo de lato que envolve os componentes internos do instrumento. Esse tubo possui uma extremidade lisa e outra em formato de fole adequado para absorver as deformaes do concreto e permitir a livre movimentao das hastes no interior do instrumento.

FIGURA 4.1: DEFORMMETRO