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xv seminario nacional de grandes barragens rio de janeiro ...

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XV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS<br />

RIO DE JANEIRO<br />

NOVEMBRO 1983<br />

LIMITAcOES DE TEMPERATURA PARA ESTRUTURAS METALICAS DE CAIXAS ESPIRAIS<br />

TEMA III<br />

ENGa NADIA TACONELLI PATERNO<br />

ENG? MARCOS DE AVILA PIMENTA (*)<br />

ENG? LUERCIO SCANDIUZZI(*)<br />

(*) THEMAG ENGENHARIA LTDA.<br />

SAO PAULO, SP


INTRODU^AO<br />

0 dimensionamento do concreto <strong>de</strong> envolvimento <strong>de</strong> uma caixa espiral <strong>de</strong>ve vi-<br />

sar a estabilida<strong>de</strong> , resistencia e durabilida<strong>de</strong> do conjunto, com adocao <strong>de</strong><br />

crite<strong>rio</strong>s <strong>de</strong> projeto a coeficientes <strong>de</strong> seguranga compativeis com a sua im-<br />

portancia. Da mesma forma, para a estrutura metalica da caixa espiral, seo<br />

feitas algumas exigencias como, por exemplo:<br />

- limitacao da temperatura maxima a que po<strong>de</strong> ser submetida;<br />

- controle rrgido do seu posicionamento e <strong>de</strong>formacao durante as operagoes<br />

<strong>de</strong> lancamento do concreto envolto<strong>rio</strong>.<br />

Este trabalho apresenta as evolucoes termicas do conjunto da caixa espiral<br />

durante o envolvimento do caracol com concreto , pars as obras <strong>de</strong> Itaipu e I<br />

lha Solteira, bem comp os estudos termicos te6ricos efetuados para Itaipu.<br />

Alem disso , indica as medidas tomadas para controle dos meximos valores <strong>de</strong><br />

temperatura a serem atingidos pelas chapas metelicas do caracol , nas obras<br />

acima referidas.<br />

2. CAIXA ESPIRAL DE ITAIPU<br />

As caixas espirais das unida<strong>de</strong>s geradoras da Hidreletrica <strong>de</strong> Itaipu ( foto 1)<br />

sao estruturas metelicas <strong>de</strong> diemetros variiveis <strong>de</strong> um . maximo <strong>de</strong> 8 , 76 m a um<br />

minimo <strong>de</strong> 3,77 m, apoiadas sobre bercos <strong>de</strong> concreto moldados em uma primeira<br />

fase e poste<strong>rio</strong>rmente envolvidas por concreto estrutural <strong>de</strong> segunda fase.<br />

Foto 1 - Caixa Espiral <strong>de</strong> Itaipu.<br />

231


Antes da concretagem , a caixa espiral a pressutizada com agua ( pressao <strong>de</strong><br />

119 tf/m2 ) e sua geometric <strong>de</strong>formada serve <strong>de</strong> forma para o concreto. Apos o<br />

concreto atingir fck = 150 kgf / cm2, a pressa-o interna a retirada fazendo<br />

com que a blindagem volte a posi4ao inicial, surgindo entao, entre os dois<br />

materiais, uma folga que <strong>de</strong>ixara <strong>de</strong> existir quando a pressao interna <strong>de</strong> ope<br />

racao for igual ou major que a pressao aplicada durante a concretagem.<br />

As exigencias estruturais , bem Como do esquema <strong>de</strong> langamento para a concre-<br />

tagem <strong>de</strong> segunda fase, levaram a utilizageo <strong>de</strong> mistura <strong>de</strong> alto consumo <strong>de</strong><br />

aglomerante e, consequentemente , alta elevag5o adiabatica <strong>de</strong> temperatura.<br />

Por outro lado, houve , por parte dos fabricantes , limitagio em 50°C da tem<br />

peratura maxima que a estrutura metalica po<strong>de</strong>ria atingir , como consequencia<br />

da elevag5o <strong>de</strong> temperatura do concreto envolto<strong>rio</strong> da mesma . Alem disso, Se-<br />

gundo as especificagoes do fornecedor , o gradiente <strong>de</strong> temperatura da agua<br />

<strong>de</strong> pressuriza4ao durante as operagoes <strong>de</strong> concretagem no po<strong>de</strong>ria ultrapas -<br />

sar 5°C.<br />

Para verificag5o do atendimento a essas exigencias foram elaborados estudos<br />

te6ricos para avaliagio do <strong>de</strong>senvolvimento das temperaturas do concreto <strong>de</strong><br />

segunda fase e da temperatura maxima que a estrutura metalica e a aqua <strong>de</strong><br />

pressuriza^ao atingiriam . Para comprovag5o dos resultados <strong>de</strong>stes estudos fo<br />

ram instalados quatro termometros <strong>de</strong> resistencia eletrica no contato concre<br />

to-chapa metalica , no primeiro bloco ( U-1) em que foi efetuada esta concre-<br />

tagem (ver f i gura 1),<br />

Neste trabalho mostram - se o <strong>de</strong>senvolvimento , as hipoteses adotadas e os re-<br />

sultados obtidos nos estudos teoricos , bem como sao feitas compararoes com<br />

os dados fornecidos pelos termometros instalados.<br />

2.1 Estudos Te6ricos Previos<br />

2.1.1 Temperaturas da Estrutura Metalica da Caixa Espiral<br />

2.1.1.1 Hipoteses Admitidas<br />

Para verificag5o da maxima temperatura a que estaria sujeita a estrutura me<br />

talica da caixa espiral , admitiu - se fluxo bidirecional <strong>de</strong> calor para a se-<br />

4;o estudada ,<br />

representada pela malha <strong>de</strong> elementos finitos constante da fi<br />

gura 2 . Esta se4ao correspon<strong>de</strong> a um torte da estrutura da caixa espiral on<br />

<strong>de</strong> a major o volume <strong>de</strong> concreto envolto<strong>rio</strong> , que a limitado pela estrutura<br />

metalica ao centro e pelo concreto <strong>de</strong> primeira fase em suas regioes late-<br />

rais e infe<strong>rio</strong>r.<br />

232


233


131<br />

I17<br />

103<br />

80<br />

6<br />

46<br />

31<br />

16<br />

281<br />

268<br />

2 55<br />

2 42<br />

225<br />

204<br />

192<br />

294 295<br />

180<br />

cv in 'T to ^D<br />

Lo Mto K) 'o<br />

-NM<br />

OD CO OD<br />

296 297 298 299 300 301 302 303 304<br />

11 12 21 214 21<br />

10 21<br />

Q 21<br />

218<br />

196 TI- U-12 197<br />

184 185<br />

U -7<br />

TI-U-10<br />

rnO98687 8 / 94 95<br />

• TERMOMETROS<br />

5<br />

0 1 9<br />

173<br />

166<br />

159<br />

TI-U-11 152<br />

96<br />

I I<br />

24<br />

145<br />

138<br />

8 10 II 12 13<br />

305 306<br />

/ Ili<br />

2<br />

14<br />

ESCALA GRAFICA<br />

FIGURA 2-ESTUDO DA TEMPERATURA DA ESTRUTURA META<br />

LICA - MALHA DE ELEMENTOS FINITOS<br />

234<br />

3m<br />

15<br />

293<br />

280<br />

267<br />

254<br />

241<br />

2 24<br />

203<br />

191<br />

179<br />

172<br />

165<br />

158<br />

151<br />

144<br />

130<br />

116<br />

102<br />

79<br />

60<br />

45<br />

30


0 projeto <strong>de</strong>finiu para este concreto as seguintes proprieda<strong>de</strong>s:<br />

- fck a ida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>spressurizagao : 150 kgf/cm2<br />

fck aos 90 dias : 210 kgf/cm2.<br />

Adotou - se, para fins <strong>de</strong> estudo teorico, o concreto 19-A-09 ( fck = 150 kgf/<br />

cm2 a ida<strong>de</strong> infe<strong>rio</strong>r a 7 dias e fck = 280 kgf /cm2 aos 28 dias). Poste<strong>rio</strong>r-<br />

mente , na obra , utilizou-se o concreto 19-C-26 (fck = 150 kgf/ cm2, a ida<strong>de</strong><br />

infe<strong>rio</strong>r a 7 dias e fck = 230 kgf/ cm2 aos 28 dias ). A utiliza4ao <strong>de</strong>sses con<br />

cretos visou permitir uma <strong>de</strong>s press uriza4ao mais rip ida do caracol . Nas tabe<br />

las 1 e 2 apresentam-se suas caracteristicas.<br />

CARACTERfSTICA<br />

CONCRETO 19 -A-09 CONCRETO 19-C-26<br />

(ESTUDO TEORICO PREVIO) (UTILIZADO NA OBRA)<br />

CIMENTO 325 344<br />

E FLY-ASH 38 40<br />

0<br />

z<br />

0<br />

AGUA 154 190<br />

AREIA NATURAL 252 599<br />

AREIA ARTIFICIAL 588 257<br />

BRITA 1 1120 950<br />

A/C 0,40 0,47<br />

SLUMP / cm) 4,5 ± 0,5 18,0 ± 0,5<br />

DENSIDADE ( t/m3) 2,416 2,373<br />

CONDUTIVIDADE TERMICA<br />

(kcal /m2 . h . °C<br />

83 (1)<br />

1 ,<br />

1 , 93 (1)<br />

CALOR ESPECIFICO<br />

(kcal/t . °C) i<br />

250 (2) 250 (2)<br />

Tabela 1 - Caracteristicas dos concretos 19-A-09 e 19-C-26 C1] ,<br />

(1) Valores calculados a partir dos valores medios dos materials<br />

(2) Resultados <strong>de</strong> ensaios [2] .<br />

[2] ,[51<br />

A velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> alteamento das subcamadas do concreto <strong>de</strong> envolvimento do ca<br />

racol foi limitada , pelo fabricante , a 0,12 m/h, para evitar flutuacao e/ou<br />

<strong>de</strong>formaCao do mesmo, provocadas pelo empuxo proveniente do concreto fresco.<br />

Esta condi4ao foi representada, no estudo , pelo lan4amento do concreto em<br />

camadas <strong>de</strong> 0,60 m a cada 5 horas.<br />

235<br />

CiJ


TEMPERATURA (°C)<br />

TEMPO<br />

(HORAS ) CONCRETO 19-A-09 (2) CONCRETO 19-C-26(1).<br />

(ESTUDO TEORICO PREVIO) (UTILIZADO NA OBRA)<br />

0 0,0 0,0<br />

12 5,5 5,9<br />

18 10,4 11,2<br />

24 12,5 13,5<br />

48 21,2 22,9<br />

72 31,2 33,7<br />

96 38,4 41,5<br />

120 42,0 45,4<br />

168 46,0 49,7<br />

216 49,8 53,8<br />

264 51,0 55,1<br />

336 51,4 55,5<br />

504 51,8 55,9<br />

672 53,0 57,2<br />

1440 54,0 58,3<br />

Tabela 2 - Elevacao adiabatica <strong>de</strong> temperatura dos concretos 19-A-09 e 19-C-<br />

26 [1] , [2] , [5]<br />

(1) Valores calculados com base em ensaios <strong>de</strong> misturas similares [1]<br />

(2) Resuitados <strong>de</strong> ensaios E2]<br />

2.1.1.2 Condiraes <strong>de</strong> Contorno<br />

Foram fixadas as seguintes temperaturas:<br />

- temperatura <strong>de</strong> lanCamento do concreto: 7°C<br />

- temperatura ambiente : 25°C (adotou- se a temperatura media ambiente dos me<br />

ses mais quentes).<br />

- temperatura da agua <strong>de</strong> pressurizacao : 25°C (i<strong>de</strong>m).<br />

Consi<strong>de</strong>rou - se tambem , a favor da seguranga, que no haveria trocas <strong>de</strong> ca-<br />

lor entre o concreto envolto<strong>rio</strong> langado (segunda fase) e o ja existente(pri<br />

meira fase ), que funcionou como forma . Para as <strong>de</strong>mais superfici-es <strong>de</strong> sepa-<br />

racao entre os materiais , foram adotados os seguintes coeficientes <strong>de</strong> trans<br />

missao superficial <strong>de</strong> calor (K) [3] , [4] :<br />

236


- concreto - forma meta- lica - agua:<br />

K = 214 kcal/m2 . h . °C<br />

- concreto - forma metalica - ar:<br />

K = 11,6 kcal/m2 . h . °C<br />

- concreto - ar:<br />

K = 11,6 kcal/m2 . h . °C.<br />

2.1.2 Temperatura da Agua <strong>de</strong> Pressurizacao<br />

2.1.2.1 Hipoteses Admitidas<br />

Foi efetuado estudo bidirecional da evolucao <strong>de</strong> temperatura da agua <strong>de</strong> pres<br />

suriza^a'o, sendo a estrutura representada por uma malha <strong>de</strong> elementos fini-<br />

tos simplificada (ver figura 3). 0 concreto utilizado foi o mesmo adotado<br />

no estudo ante<strong>rio</strong>r (ver item 2.1.1), sendo simulado seu lan^amento em cama-<br />

das <strong>de</strong> 1,20 m <strong>de</strong> altura a cada 10 horas. Salienta-se que neste estudo no<br />

foi levado em consi<strong>de</strong>raqao o fen6meno da conveccao termica, mas to somente<br />

a condu^ao termica.<br />

2.1.2.2 Condiqoes <strong>de</strong> Contorno<br />

As condig6es <strong>de</strong> contorno utilizadas foram as mesmas do estudo ante<strong>rio</strong>r (ver<br />

item 2 .1.1.2).<br />

2.2 Instrumentaqa'o Instalada<br />

Foram instalados, no contato entre a caixa espiral e o concreto envolt6<strong>rio</strong><br />

<strong>de</strong> segunda fase, quatro termometros <strong>de</strong> resistencia eletrica tipo Carlson(vi<br />

<strong>de</strong> figuras 1 e 2), com objetivo <strong>de</strong> verificacao das maximas temperaturas o-<br />

corridas nesta regiao.<br />

2.3 Resultados Obtidos<br />

2.3.1 Temperaturas da Estrutura Me ti lica da Caixa EspiraI<br />

As figuras 4 a 7 mostram as evolu46es <strong>de</strong> temperatura no contato entre a cai<br />

xa espiral e o concreto envolt6<strong>rio</strong> <strong>de</strong> segunda fase <strong>de</strong>terminadas atraves dos<br />

termometros, bem como aquelas calculadas na regiao <strong>de</strong> instaladoo dos mes-<br />

237


23 8


50<br />

40-4<br />

30-<br />

25<br />

20<br />

10<br />

I<br />

TEMPERATURA MAXIMA ESPECIFICADA PARA A ESTRUTURA<br />

METALICA DA CAIXA ESPIRAL<br />

TL:TEMPERATURA DE LANPAMENTO DO CONCRETO<br />

1<br />

50<br />

TEMPERATURAS MEDIDAS<br />

100<br />

TEMPO (DIAS)<br />

-------- TEMPERATURAS CALCULADAS - ESTUDO PREVIO -TL=7°C<br />

- - -•-- TEMPERATURAS CALCULADAS- ESTUDO POSTERIOR -TL-VAR.<br />

•••••••••••••••••••••••••••• TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO POSTERIOR -TL=25°C<br />

FIGURA 4 -TEMPERATURAS CALCULADAS E MEDIDAS<br />

NO PONTO DE INSTALApAO DO TERM8METRO<br />

TI-U-7<br />

239


U<br />

0<br />

60 -<br />

50<br />

40-<br />

20<br />

10<br />

0<br />

TEMPERATURA MAXIMA ESPECIFICADA PARA A ESTRUTURA<br />

METALICA DA CAIXA ESPIRAL<br />

TL= TEMPERATURA DE LANPAMENTO DO CONCRETO<br />

0 50 100<br />

TEMPERATURAS MEDIDAS<br />

TEMPO (DIAS)<br />

--------- TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO PREVIO-TL=7°C<br />

- - - - - TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO POSTERIOR-TL=VAR.<br />

TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO POSTERIOR-TL=25°C<br />

FIGURA 5-TEMPERATURAS CALCULADAS E MEDIDAS<br />

NO PONTO DE INSTALAcAO DO TERMOMETRO<br />

TI-U-10<br />

240


50<br />

40-^<br />

30-<br />

25<br />

20<br />

10<br />

TEMPERATURA MAXIMA ESPECIFICADA PARA A ESTRUTURA<br />

METALICA DA CAIXA ESPIRAL<br />

TL: TEMPERATURA DE LANCAMENTO 00 CONCRETO<br />

-F<br />

50 100<br />

TEMPERATURAS MEDIDAS<br />

TEMPO (DIAS)<br />

--------- TEMPERATURAS CALCULADAS ESTUDO PREVIO-TL:7°C<br />

- - - - - TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO POSTERIOR-TL--VAR.<br />

TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO POSTERIOR -TLs25°C<br />

FIGURA 6- TEMPERATURAS CALCULADAS E MEDIDAS<br />

NO PONTO DE INSTALAPAO DO TERM6METRO<br />

TI-U-11<br />

241


TEMPERATURA MAXIMA ESPECIFICADA PARA A ESTRUTURA<br />

METALICA DA CAIXA ESPIRAL<br />

TL= TEMPERATURA DE LANCAMENTO DO CONCRETO<br />

T<br />

50 100<br />

TEMPERATURAS MEDIDAS<br />

TEMPO (DIAS )<br />

-------- TEMPERATURAS CALCULADAS-ESTUDO PREVIO -TL:7°C<br />

- - - - TEMPERATURAS CALCULADAS - ESTUDO POSTERIOR-TL=VAR.<br />

•••••••••-••••••••••••••••- TEMPERATURAS CALCULADAS -ESTUDO POSTERIOR -TL=25°C<br />

FIGURA 7- TEMPERATURAS CALCULADAS E MEDIDAS<br />

NO PONTO DE INSTALACAO DO TERMOMETRO<br />

TI-U-12<br />

242


mos. Consi<strong>de</strong>rou - se a evolu4ao termica teorica apenas ate cerca <strong>de</strong> um mes a-<br />

pos o lan4amento do concreto , pois o estudo visou , principalmente, a <strong>de</strong>ter-<br />

minacao das maximas temperaturas atingidas.<br />

0 estudo teorico rmstrou que, para os pontos que representam a estrutura da<br />

caixa espiral , a maxima temperatura calculada foi <strong>de</strong> ' 28°C, ou seja, bas-<br />

tante infe<strong>rio</strong>r ao maximo permitido <strong>de</strong> 50°C.<br />

Nos pontos <strong>de</strong> instalagao dos term metros (ver figuras 4 a 7 e tabela .3) as<br />

temperaturas calculadas e medidas sao bastante proximas (o rnaximo valor me-<br />

dido atingiu 29°C - termometro TI-U-12 - contra o valor teorico <strong>de</strong> 26°C, no<br />

mesmo local).<br />

TERMOMETRO<br />

TEMPERATURA MAXIMA (°c)<br />

TEORICA MEDIDA<br />

DIFERENCA<br />

(°c)<br />

TI-U-7 26 24 - 2<br />

TI-U-10 26 26 0<br />

TI-U-11 26 26 0<br />

TI-U-12 26 29 + 3<br />

Tabela 3 - Temperaturas calculadas e medidas no contato entre a caixa espi-<br />

ral e o concreto envolto<strong>rio</strong>.<br />

As diferengas verificadas entre os valores meximos teoricos e medidos pelos<br />

termometros TI-U-7 e TI-U-12 (- 2° C e + 3°C , respectivamente ) po<strong>de</strong>m ser<br />

creditadas ao fenomeno da convecgao termica , que impeliu a agua mais aque-<br />

cida para a regiao supe<strong>rio</strong>r da caixa espiral , permanecendo a sua porgao mais<br />

fria na regiao infe<strong>rio</strong>r da mesma, influenciando , assim, os valores <strong>de</strong> lei-<br />

tura (vi<strong>de</strong> locagao dos termometros nas figuras I e 2).<br />

2.3.2 Temperaturas da Agua <strong>de</strong> Pressurizagao<br />

0 estudo, que visou a obtengao da variagao da temperatura da agua <strong>de</strong> pressu<br />

rizagao, mostrou que a maxima elevagao da mesma , em relaga- o a temperatura i<br />

nicial, seria <strong>de</strong> 0,9°C. Este valor foi calculado atraves da temperatura me-<br />

dia das miximas obtidas nos elementos do material agua , e e bastante infe-<br />

<strong>rio</strong>r ao maximo gradiente termico permitido (5°C).<br />

243


2.3.3 Consi<strong>de</strong>ragao sobre os Resultados Te6ricos<br />

A partir dos resultados obtidos nos estudos te6ricos , assegurou-se a possi-<br />

bilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> langamento do concreto <strong>de</strong> segunda fase, envolto<strong>rio</strong> da caixa es-<br />

piral, sem necessida<strong>de</strong> <strong>de</strong> utilizagao <strong>de</strong> equipamento <strong>de</strong> circulagao interna<br />

<strong>de</strong> agua, que , caso contra<strong>rio</strong> , seria necessa<strong>rio</strong> pars manter a superficie me-<br />

talica a temperaturas infe<strong>rio</strong>res a 50°C e impedir que o gradiente terrnico<br />

da massa <strong>de</strong> agua ultrapassasse 5°C.<br />

Conforme po<strong>de</strong> ser visto atraves das leituras dos termometros instalados (vi<br />

<strong>de</strong> item 2.3.1), estas condigoes foram satisfeitas.<br />

2.4 Estudos Teoricos Complementares<br />

Poste<strong>rio</strong>rmente a obtengao dos resultados apresentados no item 2.3,efetuaram<br />

se dois novos estudos com o objetivo <strong>de</strong> verificar a influencia das condi-<br />

floes <strong>de</strong> langamento e <strong>de</strong> contorno na evolugao da temperatura da estrutura me<br />

talica da caixa espiral.<br />

2.4.1 Estudo A<br />

Neste estudo foram feitas as seguintes alteragoes em relagao as hip6teses e<br />

condigoes <strong>de</strong> contorno assumidas nos estudos previos (ver item 2.1):<br />

- admitiu - se, como concreto envolto<strong>rio</strong> da caixa espiral , o <strong>de</strong> nomenclatura<br />

19-C-26, realmente utilizado na Unida<strong>de</strong> 1, e cujas caracteristicas estao<br />

<strong>de</strong>scritas nas tabelas 1 e 2;<br />

- como temperatura <strong>de</strong> langamento do concreto utilizaram-se as <strong>de</strong> cobrimento<br />

dos termometros instalados no bloco U-1 ( entre 7,0°C e 11,8°C);<br />

- a temperatura ambientc e, portanto, a da agua <strong>de</strong> pressuriza4ao , foi consi<br />

<strong>de</strong>rada igual a 20 °C, por ser esta a temperatura media nos dois meses ime-<br />

diatamente poste<strong>rio</strong>res ao inicio das operacoes <strong>de</strong> lancamento do concreto;<br />

- admitiu-se trocas <strong>de</strong> calor entre os concretos <strong>de</strong> primeira e segunda fase.<br />

2.4.2 Estudo B<br />

As hipoteses alteradas neste estudo em relag5o ao estudo A (item 2.4.1), fo<br />

244


am;<br />

- a temperatura <strong>de</strong> langamento do concreto foi admitida constante e igual a<br />

25°C (temperatura media ambiente dos meses mais quentes - item 2.1.1.2);<br />

- a temperatura ambiente tambem foi consi<strong>de</strong>rada igual a 25°C.<br />

2.4.3 Resultados Obtidos<br />

As curvas <strong>de</strong> varia4ao <strong>de</strong> temperatura estabelecidas nestes novos estudos,nos<br />

pontos correspon<strong>de</strong>ntes aos term6metros, estao representadas nas figuras 4 a<br />

7 .<br />

A tabela 4 mostra as temperaturas meximas obtldas atraves da leitura dos<br />

termometros, bem Como as calculadas teoricamente nos estudos complementa -<br />

res.<br />

TEMPERATURAS MAXIMAS (OCT<br />

TERMOMETROS CALCULADAS<br />

ME D I DAS<br />

ESTUDO A ESTUDO B,<br />

TI-U-7 24 21 26<br />

TI-U-10 26 21 26<br />

TI-U-11 26 21 26<br />

TI-U-12 29 21 26<br />

Tabela 4 - Temperaturas maximas nos pontos <strong>de</strong> instalaca'o dos term6metros.<br />

Conforme se observa atraves dos resultados obtidos nos estudos A e B,o prin<br />

cipal fator influente na temperatura das chapas metilicas do caracol e a<br />

temperatura da agua <strong>de</strong> pressuriza45o. Tanto atraves do estudo A como do es-<br />

tudo B, verificou-se que a maxima temperatura da estrutura metalica seria<br />

1°C major que a temperatura inicial da agua <strong>de</strong> pressuriza^ao (ver tabela 4)<br />

o que, alias, ja havia sido verificado nos estudos previos realizados (ver<br />

item 2.1).<br />

3. CAIXA ESPIRAL DE ILHA SOLTEIRA<br />

A verificagao das evolu4oes <strong>de</strong> temperatura da estrutura metalica da caixa<br />

245


espiral tambem foi realizada na Usina Hidrelitrica <strong>de</strong> Ilha Solteira [6] me<br />

diante a instaladoo <strong>de</strong> termopares embutidos no concreto envolto<strong>rio</strong>.<br />

Nesta obra, apos a <strong>de</strong>s mob iIiza4ao das centrais <strong>de</strong> refrigeragao(<strong>janeiro</strong>/74),<br />

foi langado concreto a temperatura ambiente para embutimento das caixas es-<br />

pirais das unida<strong>de</strong>s 5 a 20.<br />

0 mitodo construtivo utilizado foi o <strong>de</strong> langamento do concreto com escora-<br />

mento mecanico interno do caracol e com cobertura externa <strong>de</strong> sua meta<strong>de</strong> su-<br />

pe<strong>rio</strong>r com duas camadas <strong>de</strong> isopor <strong>de</strong> 10 mm cada . Alem disso, <strong>de</strong>veriam ser<br />

atendidos os seguintes requisitos:<br />

- limite maximo <strong>de</strong> temperatura nas chapas do caracol: 50°C;<br />

- as ancoragens suportes no po<strong>de</strong>riam ser solicitadas por esfor4os supe<strong>rio</strong>-<br />

res ao equivalente ao lancamento <strong>de</strong> uma camada <strong>de</strong> concreto <strong>de</strong> 0,70 m <strong>de</strong><br />

altura <strong>de</strong> cada vez;<br />

- o concreto <strong>de</strong>veria ter fck = 150 kgf/cm2, aos 28 dias.<br />

Desta forma, para a primeira unida<strong>de</strong> concretada sem a pre-ref rigeragao do<br />

concreto , foram instalados termopares para acompanhamento das temperaturas,<br />

quatro <strong>de</strong>les a 5 cm da estrutura metalica , em sua meta<strong>de</strong> infe<strong>rio</strong>r (on<strong>de</strong> no<br />

havia cobertura da mesma com placas <strong>de</strong> isopor).<br />

0 concreto foi langado a uma temperatura m6dia <strong>de</strong> 25°C a 30°C, numa veloci-<br />

da<strong>de</strong> maxima <strong>de</strong> 0 ,55 m/hora e, para aten<strong>de</strong>r a resistencia especificada, foi<br />

utilizado consumo <strong>de</strong> aglomerante da or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 200 kg/m3, que correspon<strong>de</strong> a<br />

uma elevag5o adiabatica <strong>de</strong> 25°C a 30°C. Assim, verificou-se a necessida<strong>de</strong><br />

<strong>de</strong> utilizagao <strong>de</strong> um sistema <strong>de</strong> pos-resfriamento na superficie interna do ca<br />

racol, atrav6s <strong>de</strong> aspersao <strong>de</strong> egua.<br />

Tal sistema era ligado ou <strong>de</strong>sligado, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo da evoluCao <strong>de</strong> temperatura<br />

no contato concreto - ca racoI , e permitiu manter a temperatura da chapa em ni<br />

veis infe<strong>rio</strong>res ao meximo permitido ( 50°C). Observou - se que a maxima tempe-<br />

ratura medida foi <strong>de</strong> 49,5°C.<br />

4. CONSIDERAcbES FINAIS<br />

Os estudos efetuados previamente a concretagem da primeira caixa espiral <strong>de</strong><br />

Itaipu (bloco U-1) permitiram estimar as meximas temperaturas a que esta-<br />

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ia submetida a estrutura metal ica , bem como prever o maximo gradiente tar-<br />

mico da agua <strong>de</strong> pressuriza4ao da mesma, valores estes <strong>de</strong>vidos ao calor ge-<br />

rado pela hidratagao do cimento.<br />

Os resultados obtidos mostraram que se po<strong>de</strong>ria aten<strong>de</strong>r as limitaCoes em re-<br />

la4ao a temperatura maxima da estrutura metalica e a variaCao da temperatu-<br />

ra da massa <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> pressuriza4ao , mesmo sem a necessida<strong>de</strong> <strong>de</strong> circulacao<br />

<strong>de</strong>sta.<br />

Por meio dos estudos efetuados, po<strong>de</strong>-se afirmar que o fator prepon<strong>de</strong>rante<br />

que influencia na maxima temperatura imposta a caixa espiral e a temperatu-<br />

ra initial da agua <strong>de</strong> pressurizaCao . Isto po<strong>de</strong> ser observado nas tabelas 3<br />

e 4, on<strong>de</strong> se verifica que a maxima temperatura da estrutura metalica (valor<br />

teorico) exce<strong>de</strong> <strong>de</strong> apenas 1°C a temperatura initial da agua <strong>de</strong> pressuri<br />

zaCao.<br />

Os estudos efetuados comprovaram tambem a viabilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> concretagem "sob<br />

pressao " <strong>de</strong> caixas espirais com concreto langado a temperatura ambiente,<br />

sem q ue a temperatura maxima da estrutura metalica e o gradiente entre as<br />

temperaturas initial e maxima da agua <strong>de</strong> pressuriza4a-o suplantem valores u-<br />

sualmente estipulados.<br />

Para a obra <strong>de</strong> Ilha Solteira , a instrumenta4ao mostrou que, durante as ope-<br />

raCoes <strong>de</strong> concretagem , a temperatura da estrutura metalica da caixa espiral<br />

situou-se sempre abaixo do limite especificado (50°C). com o concreto sendo<br />

lancado a temperatura ambiente , <strong>de</strong>vido a eficiencia do sistema <strong>de</strong> asperseo<br />

<strong>de</strong> agua na superfrcie interna do caracol.<br />

Desta forma po<strong>de</strong>-se concluir que , <strong>de</strong>s<strong>de</strong> que sejam tomadas medidas preventi<br />

vas, tais como pressurizaga-o do caracol ( Itaipu ) ou.aspersao <strong>de</strong> agua em sua<br />

superfrcie interna ( Ilha Solteira ), as temperaturas <strong>de</strong> suas chapas metali-<br />

cas po<strong>de</strong>m ser <strong>de</strong>vidamente controladas, mesmo que o concreto envolto<strong>rio</strong> seja<br />

langado a temperatura ambiente.<br />

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS<br />

Bureau of Reclamation : " Boul<strong>de</strong>r Canyon Project - Final Reports-Thermal<br />

Properties of Concrete".<br />

^2^ Itaipu Binational: " Relato<strong>rio</strong> RE-01/81".<br />

247


E3] Johnson , T.N.O.Folmer : " Elementos <strong>de</strong> Termologia".<br />

[4] Mandry , Wolfgang : " Ober das KUhlen von Beton".<br />

[5] Itaipu Binational: "Relato<strong>rio</strong>s Tecnicos Mensais".<br />

[6] CESP - Setor <strong>de</strong> Laborato<strong>rio</strong>s - Ilha Solteira: "Caracol CF-05 - Contro-<br />

le <strong>de</strong> Concretagem Devido ao Efeito Termico - C-12/74".<br />

[7] Koch, Otto G .; Zalszupin, Rene J.; Schmidt , Ma<strong>rio</strong> L.S.; Burman , Israel:<br />

6. R E S UMO<br />

"Embutimento <strong>de</strong> Cakes Espirais pare Turbines Francis em Estrutura <strong>de</strong><br />

Concreto" - XIV - Semina<strong>rio</strong> National <strong>de</strong> Gran<strong>de</strong>s Barragens , Recife,1981.<br />

Este trabalho trata da evolucao da temperatura do conjunto da caixa espiral,<br />

durante o envolvimento com concreto , para as obras <strong>de</strong> Itaipu e Ilha Soltei-<br />

ra, bem comp dos estudos termicos teoricos efetuados para Itaipu, indicando<br />

as medidas tomadas para controle dos maximos valores <strong>de</strong> temperatura a serem<br />

atingidos.<br />

Em Itaipu foi utilizado como metodo construtivo <strong>de</strong> embutimento da caixa es-<br />

piral, a concretagem sob pressao , ou seja , a caixa metalica foi pressuriza-<br />

da a uma pressao <strong>de</strong> 119 tf / m2 e sobre ela langado o concreto . Assim, sua es<br />

trutura pressurizada serviu <strong>de</strong> forma a concretagem.<br />

Em Ilha Solteira , o metodo adotado foi o escoramento interno do caracol e<br />

revestimento externo <strong>de</strong> sua meta<strong>de</strong> supe<strong>rio</strong>r com placas <strong>de</strong> isopor.<br />

Em ambos os casos, a temperatura maxima a ser atingida pelas chapas metali-<br />

cas foi limitada em 50°C, sendo que, no caso <strong>de</strong> Itaipu, o gradiente termico<br />

da igua <strong>de</strong> pressurizagao durante as operagaes <strong>de</strong> concretagem no po<strong>de</strong>ria ul<br />

trapassar 5°C.<br />

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