Portfólio Construção de uma barragem de concreto para uma usina hidroelétrica

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ENSINO SEMIPRESENCIAL ENGENHARIA CIVIL
NOME
PRODUÇÃO TEXTUAL INTERDISCIPLINAR EM GRUPO:
A Construção de uma Barragem de Concreto para uma Usina Hidroelétrica
CIDADE
2021
NOME
PRODUÇÃO TEXTUAL INTERDISCIPLINAR EM GRUPO:
A Construção de uma Barragem de Concreto para uma Usina Hidroelétrica
Produção textual em Grupo apresentado à Universidade Norte do Paraná - UNOPAR, como requisito parcial para a obtenção de média semestral na disciplina de Atividade Interdisciplinar, Quinto semestre, do curso de Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Fábio Daniel Januário
CIDADE
2021
RESUMO
Nesta situação geradora de aprendizagem apresentada, nossa equipe teve a responsabilidade por executar os estudos iniciais para a implantação de uma barragem em concreto para uma usina hidrelétrica, avaliando a viabilidade e potencial de geração de energia elétrica. Sendo assim, levando em consideração os conteúdos do semestre, utilizamos os conhecimentos adquiridos para conhecer e interpretar os aspectos da geologia e topografia local, além de especificar os materiais utilizados na construção da barragem, bem como suas características mecânicas, e por fim avaliar seu funcionamento hidráulico..
Além de apresentarmos os dados obtidos através dos cálculos, este trabalho também servirá para desenvolvermos nossa atitude de investigação e prática com o devido entendimento, interpretação e utilização de metodologias pesquisa, desenvolvimento e inovação.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Local de implantação da Futura Barragem	11
Figura 2 - Topografia Local	12
Figura 3 - Futura Barragem	13
Figura 4 - Levantamento Altimétrico	14
Figura 5 - Altitude do Terreno	16
Figura 6 - Carta Geológica	16
Figura 7 - Características da Carta	17
Figura 8 - Fissura no concreto	32
Figura 9 - Prevenção	35
Figura 10 - Comparativo dos Agregados	38
Figura 11 - Representação da Usina	46
Figura 12 - Escoamento Laminar	47
Figura 13 - Escoamento Turbulento	48
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Levantamento Planimétrico	13
Tabela 2 - Localização da Barragem	14
Tabela 3 - Levantamento Altimétrico	14
Tabela 4 - Distãncia das Visadas	15
Tabela 5 - Altitude do Terreno	15
Tabela 6 - Traço comum do concreto	21
Tabela 7 - Fatores que afetam a Trabalhabilidade	21
Tabela 8 - Classificação do Concreto	22
Tabela 9 - Composição do Concreto	23
Tabela 10 - Tipos de Concreto	24
Tabela 11 - Tipos e Fuções da Argamassa	25
Tabela 12 - Classificação da Argamassa	27
Tabela 13 - Tipo de Agredado	41
Tabela 14 - Relação entre fc e Eci	41
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 - Curva de Gauss	43
GRÁFICO 2 - Módulo de Elasticidade	44
GRÁFICO 3 - Módulo de Deformação	45
SUMÁRIO
1. OBJETIVOS	9
1.1. OBJETIVO GERAL	9
1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO	9
2. INTRODUÇÃO	10
3. DESENVOLVIMENTO	11
3.1. ESTUDO TOPOGRÁFICO (Topografia e Georreferenciamento)	12
3.1.1. Levantamento Planimétrico	13
3.1.2. Levantamento Altimétrico	14
3.2. ESTUDO GEOLÓGICO (Geologia e Paleontologia)	16
3.3. ESTUDO DO CONCRETO MASSA (Materiais de Construção Civil I)	20
3.3.1. Concreto	20
3.3.2. Dosagem do concreto	21
3.3.3. Trabalhabilidade	21
3.3.4. Exsudação	22
3.3.5. Propriedades do concreto endurecido	22
3.3.6. Permeabilidade e absorção	23
3.3.7. Deformações	23
3.3.8. Tipo de concreto e aplicações na construção civil	23
3.3.9. Argamassa	24
3.3.10. Classificação das argamassas	25
3.3.11. Concreto para usinas, barragens e hidrelétricas requer melhor desempenho	28
3.4. ESPECIFICAÇÕES MECÂNICAS DOS MATERIAIS (Resistencia dos Materiais)
..................................................................................................................................38
3.5. ESTUDO HIDROLÓGICO (Fenômenos dos Transportes)	46
3.5.1. Escoamento Laminar	47
Escoamento turbulento	47
CONCLUSÃO	50
REFERÊNCIAS	51
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GERAL
Utilizar os conteúdos das disciplinas no semestre para solucionar a situação geradora de aprendizagem proposta.
Desta forma, temos:
· A finalidade do trabalho: Analisar o local onde será implantada a usina hidroelétrica e apresentar as especificações técnicas e os cálculos respondendo a viabilidade sobrea a sua construção;
· A delimitação do trabalho: Estudo, análise e cálculo com referência as disciplinas ministradas durante o semestre letivo.
1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO
Verificar o conhecimento adquirido durante as aulas teórica e práticas do quinto semestre de Engenharia Civil, com a finalidade de executar os estudos iniciais sobre a implantação de uma barragem de concreto para uma usina hidroelétrica, avaliando a viabilidade e potencial de geração de energia elétrica.
10
2. INTRODUÇÃO
A proposta de Produção Textual Interdisciplinar em Grupo (PTG) neste semestre teve como temática “A construção de uma barragem de concreto para uma usina hidroelétrica”. Esta temática possibilitou a aprendizagem interdisciplinar dos conteúdos desenvolvidos nas disciplinas desse semestre, tais como: Geologia e Paleontologia, Fenômenos de Transporte, Materiais de construção civil I, Resistência dos materiais e Topografia e Georreferenciamento, demonstrando a relação prática entre elas nas atividades que serão desenvolvidas no cotidiano profissional de um Engenheiro Civil.
Poderemos medir nossos conhecimentos através da execução correta de cada etapa deste trabalho.
Através de aprimoramento prático poderemos atuar em nossa profissão com mais potencial de conhecimento. É neste modelo de trabalho que podemos verificar nossa capacidade técnica e melhorar a cada dia.
Em cada etapa descreveremos detalhadamente os métodos, as fórmulas e maneiras que seguimos para chegar a um resultado desejado
3. DESENVOLVIMENTO
Neste trabalho temos como tarefa imaginar que o prefeito da cidade de Cuiabá (MT) planeja construir um Parque Industrial e precisa que seja expandida a geração de energia elétrica para esta cidade. Pensando nisso, ele entrou em contato com nossa equipe para saber a respeito da viabilidade técnica da construção de uma hidroelétrica. A localização sugerida para a implantação da hidroelétrica está ilustrada pela Figura 01.
Figura 1 – Local de implantação da Futura Barragem.
Fonte: PTG.
A partir deste Mapa, foi necessário avaliar a topografia do local, apresentado na parte 01, (Passo 01), explicando e analisando sua influência na concepção da barragem. Continuando a sequência foi necessário conhecer a geologia do local (Passo 02), para saber se a rocha suporta o peso da barragem. Após estas avaliações, iniciamos o estudo da execução, definindo as características dos materiais que serão empregados e os cuidados necessários para a execução de concreto massa (Passo 03), bem como suas características mecânicas (Passo 04). E, por fim, avaliamos a parte hidráulica da barragem (Passo 05).
3.1. ESTUDO TOPOGRÁFICO (Topografia e Georreferenciamento)
Após consultar a carta topográfica da Região, na qual apresenta o relevo, obtivemos melhores informações sobre a área. A nossa equipe fez um levantamento mais preciso da área de implantação da barragem.
Avaliando a topografia do local e analisando as curvas de nível, constatou se que é topograficamente executável a barragem neste local, por conter uma depressão no terreno facilitando o acumulo de água.
Figura 2 - Topografia Local
Fonte: Próprio Autor
Figura 3 - Futura Barragem
Fonte: PTG
3.1.1. Levantamento Planimétrico
Com os resultados do levantamento planimétrico, obtivemos os ângulos e as leituras da mira, com o quais conseguimos calcular as distâncias entre os pontos.
Tabela 1 - Levantamento Planimétrico
	Ponto Ré
	Ponto est.
	Ponto Vante
	Ângulo: Zenital
	Mira estadimétrica
	K=100
	Dist.
Calc. (M)
	
	
	
	(xx°xx'xx")
	dec
	FS
	FM
	FI
	G
	
	
	A
	B
	87°25'55"
	87,432
	1,957
	1,491
	1,025
	0,932
	93,013
	
	B
	C
	91°19'27"
	91,324
	3,487
	3,107
	2,727
	0,760
	75,959
	
	C
	D
	89°18'43"
	89,312
	2,342
	2,088
	1,834
	0,508
	50,793
	
	D
	E
	82°7'47"
	82,130
	1,873
	1,448
	1,023
	0,850
	83,406
Fonte: Próprio Autor
Através de conversão de coordenadas geográficas em coordenadas UTM, foi possívelfazer uma estimativa da localização da barragem, aonde foi convertido 15°28'17.2"S 56°04'08.6"W em X=599864.985(E) e Y=8289306.736(N). Com os
dados do levantamento planimétrico processados, foi possível desenhar o alinhamento da barragem, e descobrir as coordenadas dos respectivos pontos.
Tabela 2 - Localização da Barragem
	Ponto
	X (E) m
	Y (N) m
	A
	599864,985
	8289306,736
	B
	599957,904
	8289310,903
	C
	600033,843
	8289309,148
	D
	600084,632
	8289309,758
	E
	600167,253
	8289321,179
Fonte: Próprio Autor
Figura 4 - Levantamento Altimétrico
Fonte: Próprio Autor
3.1.2. Levantamento Altimétrico
Com o levantamento altimétrico foram obtidos os dados com os quais conseguimos calcular o desnível do terreno e suas respectivas altitudes.
Tabela 3 - Levantamento Altimétrico
	RN (m)
	Ponto visado
	FS (mm)
	FM (mm)
	FI (mm)
	DN (m)
	Altitude
	196,12
	
	
	
	
	Ré-Vante
	
	
	
	
	
	
	
	
	Ré
	A
	1,234
	1,029
	0,823
	2,133
	197,149
	Vante
	B
	2,245
	2,133
	2,021
	
	195,016
	
	
	
	
	
	
	
	Ré
	B
	1,234
	1,048
	0,862
	3,023
	196,064
	Vante
	C
	3,546
	3,285
	3,023
	
	193,041
	
	
	
	
	
	
	
	Ré
	C
	2,234
	2,084
	1,934
	1,395
	195,125
	Vante
	D
	1,823
	1,609
	1,395
	
	193,73
	
	
	
	
	
	
	
	Ré
	D
	3,981
	3,819
	3,657
	0,824
	197,549
	Vante
	E
	0,937
	0,881
	0,824
	
	196,725
Fonte: Próprio Autor
Com as leituras dos fios inferior e superior, calculamos a distância de cada visada.
Tabela 4 - Distãncia das Visadas
	G (mm)
	Const. (K)
	Ang. Vert.
	Dh (M)
	
	
	
	
	0,411
	100
	0
	32,108
	0,224
	100
	0
	17,499
	
	
	
	
	0,372
	100
	0
	29,061
	0,523
	100
	0
	40,857
	
	
	
	
	0,300
	100
	0
	23,436
	0,428
	100
	0
	33,436
	
	
	
	
	0,324
	100
	0
	25,311
	0,113
	100
	0
	8,828
Fonte: Próprio Autor
Foi feito uma planilha com as altitudes do terreno e somatória das distancias a partir do ponto ‘A’, para facilitar a criação do perfil do terreno, levando em consideração que o nível da barragem está em 195,230.
Tabela 5 - Altitude do Terreno
	Dist. de A
	Altitude	do terreno
	32,108
	197,149
	49,607
	195,016
	78,668
	196,064
	119,525
	193,041
	142,962
	195,125
	176,398
	193,730
	201,709
	197,549
	210,537
	196,725
Fonte: Próprio Autor
Figura 5 - Altitude do Terreno
Fonte: Próprio Autor
3.2. ESTUDO GEOLÓGICO (Geologia e Paleontologia)
Observando a carta geológica do local onde será implementada a barragem. Segundo a legenda, o Rio Bandeira está sobre a formação rochosa da Subunidade 6, composta por filito conglomerático, com clastos de quartzo, filito e quartzito e intercalações subordinadas de metarenito.
Figura 6 - Carta Geológica
Fonte: PTG
Figura 7 - Características da Carta
Fonte: PTG
Acerca	dos	conhecimentos	adquiridos	na	disciplina	de	Geologia	e Paleontologia, responda as seguintes perguntas:
a) Identifique à qual tipo de rocha o filito, quartzito e arenito pertencem e explique como elas se formam.
b) A rocha do filito apresenta a característica de ser foliada, enquanto a rocha do quartzito é considerada como não foliada. Explique a diferença entre elas.
c) O prefeito da cidade pediu uma avaliação detalhada sobre a presença ou ausência de fósseis na região de implantação da barragem. Tendo em vista as rochas filito, quartzito e arenito, é possível que haja fósseis em alguma delas? Se sim, em qual delas?
Filito ou filádio ou xisto luzente é uma rocha metassedimentar muito fina, sendo uma rocha metamórfica de granulação fina, intermediária entre as rochas ardósia e micaxisto. Constitui-se de Micas Sericita (responsável pela retenção dos álcalis), Clorita e Quartzo.
Origina-se em geral de material argiloso, por dinamometamorfismo e recristalização; Devido à sua natureza química e minerológica, pode compor até 50% de massas cerâmicas.
O mineral conhecido como quartzito é uma rocha metamórfica, constituida por moscovita, biotita, sericita, turmalina, dumortierita, e, principalmente por quartzo, que representa mais de 75% da composição.
Sua origem esta ligada aos processos metamórficos desenvolvidos em rochas sedimentares (rochas com grande quantidade de sílica amorfa). Também podem estar relacionadas ao metamorfismo de quartzo e de rochas vulcânicas com alto grau de sílica. Arenitos podem transformar-se em quartzitos em dois processos. A partir do movimento de fluídos em condições de pressão e temperatura baixas ou quando a rocha sofre ruptura, desta forma os fragmentos se desenvolvem sobre os grãos originais (ortoquartizito).
Arenito ou grés, é uma rocha sedimentar que resulta da compactação e litificação de um material granular da dimensão das areias, é composto geralmente por quartzo, mas pode ter quantidades apreciáveis de feldspatos, micas e/ou impurezas.
O arenito se forma quando rochas como o granito se desintegram aos poucos pela ação dos ventos e das chuvas. Os grãos de quartzo dessas rochas formam a areia -areias e dunas de areia, porém não são rochas: são fragmentos de rochas-. A areia pode se depositar no fundo do mar ou em depressões e ficar submetida a um aumento de pressão ou temperatura. Assim cimentada e endurecida, forma o arenito.
As texturas das rochas metamórficas são basicamente de dois tipos: foliada ou xistosada (com bandas pela disposição dos minerais em planos paralelos) e não- foliada ou granoblástica (minerais desordenados).
Rochas metamórficas folheadas são formadas no interior da Terra, quando rochas pré-existente polimenerálicas (constituídas por vários minerais) ficam sob pressões altas e dirigidas, que são desiguais, sendo que ocorre quando a pressão é maior em uma direção do que nas outra. Isso faz com que os minerais na rocha original se reorganizem com os minerais longos e planos se alinhando paralelamente há maior direção de pressão.
Rochas metamórficas não foliadas são pedras onde os grãos dos minerais não apresentam uma orientação preferencial distinguível, são formadas em torno de intrusões ígneas onde as temperaturas são altas, mas as pressões são relativamente baixas e iguais em todas as direções. Os minerais que estão dentro da rocha recristalizam em tamanhos maiores e os átomos tornam-se mais
compactados, o que acaba aumentando a densidade da rocha. Elas formam-se, geralmente, a partir de rochas pré-existentes constituídas apenas por um único mineral (à exceção das corneanas).
Os fósseis formam-se apenas em áreas sedimentares, pois é durante o processo de sedimentação das rochas que a fossilização acontece. Sendo assim é muito provável que haja presença de fósseis no Arenito, pois sua formação é sedimentar.
Já no caso do Quartzito e do Filito não encontraremos fósseis, tendo em vista que são derivados de formações metamórficas, logo é um tipo de rocha derivado da metamorfose (transformação) de rochas magmáticas ou sedimentares, mas que sofrem modificação em sua composição atômica. Dessa maneira, acabam originando uma nova rocha, com novas propriedades e outra composição mineral.
Resumindo:
Filito é uma rocha metamórfica que origina-se de material argiloso, por dinamometamorfismo e recristalização.
Quartzito é uma rocha metamórfica que origina-se por processos metamórficos desenvolvidos em rochas sedimentares ou ao metamorfismo de quartzo e de rochas vulcânicas com alto grau de sílica.
Arenito é uma rocha sedimentar –logo pode ter presença de fósseis em sua composição- que se forma quando rochas como o granito se desintegram aos poucos pela ação dos ventos e das chuvas.
Rochas metamórficas folheadas são formadas no interior da Terra, quando rochas pré-existente ficam sob pressões altas e dirigidas. Isso faz com que os minerais na rocha original se reorganizem, se alinhando paralelamente há maior direção de pressão.
Rochas metamórficas não foliadas são formadas em torno de intrusões ígneas onde as temperaturas são altas, mas as pressões são relativamente baixas e iguais em todas as direções. Isso faz com que os grãos dos minerais não apresentam uma orientação preferencial distinguível.
3.3. ESTUDO DO CONCRETO MASSA (Materiais de Construção Civil I)
A elaboração de concreto para uma barragem não éassim tão simples, por esse motivo, você e a sua equipe precisam estudar quais são os cuidados que devem ser tomados nessa construção e também na escolha dos materiais. Vocês precisam pensar na imensa responsabilidade que terão nesta busca, pois uma barragem não pode fissurar e muito menos se romper.
Obras como barragens utilizam o que chamamos de concreto massa, ou seja, grandes volumes de concreto são aplicados. Juntamente com esse grande volume, podem surgir inúmeros problemas, caso alguns aspectos não sejam considerados na escolha dos materiais e também nos cuidados com o calor de hidratação e as variações volumétricas.
Para esta etapa, você e sua equipe deverão realizar uma pesquisa bibliográfica para apontar quais cimentos poderiam ser utilizados para a elaboração do concreto da barragem, justificando as indicações dos possíveis cimentos. Além disso, vocês deverão pesquisar o que é o calor de hidratação e porque ele é elevado em obras de concreto massa. Indicando também soluções para evitar a fissuração pelo elevado calor de hidratação do concreto que é presente nas obras de concreto massa.
Outro aspecto importante que você e sua equipe precisam ter conhecimento está relacionada com as propriedades requeridas para o concreto nessa situação, quais são as propriedades mais importantes e como elas podem ser atingidas?
3.3.1. Concreto
O concreto pode ser definido como o resultado da mistura de cimento, água, agregado miúdo (em geral a areia) e agregado graúdo (em geral a brita),juntamente com a água, formam uma pasta fluida dependendo da quantidade de água adicionada.
Esta pasta tem a função de unir os agregados (miúdos e graúdos), formando um material que, nas primeiras horas, encontra-se num estado capaz de ser moldado nas mais diversas formas.
Ao passar do tempo, acontece a reação irreversível da água com o cimento, a mistura vai endurecendo e criando uma alta resistência mecânica, que o torna um
excelente material de desempenho estrutural, nos mais diversos ambientes de exposição.
3.3.2. Dosagem do concreto
O traço ou a dosagem podem ser definidos como a proporção entre todos os materiais que fazem parte do concreto. A proporção de cada material define a característica da mistura, assim, ao aumentar um insumo e diminuir outro tem-se concretos de características diferentes. É importante que cada material utilizado na dosagem seja analisado previamente em laboratório (conforme normas da ABNT).
Tabela 6 - Traço comum do concreto
	Traço 1:2:3
	Na mão
	1 saco de cimento
	30L
de água
	3,5
latas de areia
	4,5
latas de brita
	Betoneira
	1 saco de cimento
	30 litros de água
	4
latas de areia
	5
Latas de brita
	
Fonte: Próprio Autor
3.3.3. Trabalhabilidade
São inúmeras as propriedades do concreto fresco ligadas à trabalhabilidade, como consistência, textura, integridade de massa, poder de retenção da água e massa especifica.
Tabela 7 - Fatores que afetam a Trabalhabilidade
	A - Fatores Internos:
(ligados aos componentes do concreto)
	B - Fatores Externos:
(ligados às operações de produção)
	1: Consistência (relação água/mistura seca A%); 2: Proporção cimento/agregado total teor de finos;
3: Proporção entre os agregados (a/p);
4: Forma adequada ds grãos dos agregados; 5: Aditivos plastificantes (redutores de água);
	1: Tipos de mistura, transporte, lançamento e adensamento;
2: Dimensões e armadura da peça a executar;
Fonte: Próprio Autor
· Slump Test: mede a consistência pelo abatimento do tronco de cone (MB 256).
· Ensaios de escorregamento sem limitações: Flow test e Mesa de Graff.
· Ensaios de escorregamento com limitações: Remoldagem de Powers, Remoldagem modificado e ensaio VEBE.
· Ensaios de penetração: Graff, Irribarren, Kelly e Humm.
· Ensaio de compactação: (Glanville).
3.3.4. Exsudação
A exsudação pode ser definida como a tendência de a água de amassamento vir à superfície do concreto recém-lançado, devido à sua densidade (1g/cm³) ser menor que a dos agregados (2,4g/cm³) e a do cimento(3,1g/cm³).
A exsudação provoca a alta porosidade, baixa resistência, nata na superfície e redução da aderência com armaduras. Os procedimentos que diminuem os efeitos da exsudação são misturas ricas, granulometria contínua, cimentos finos e agregados de grãos arredondados.
3.3.5. Propriedades do concreto endurecido
As principais propriedades observadas são:
Massa específica: é a massa da unidade de volume do material incluindo os vazios. Os valores usuais normais para concreto simples são de 2400 kg/m³, e para o concreto armado de 2500 kg/m³ (segundo a NBR 6118:2003). Resistência mecânica: a resistência mecânica do concreto é dividida em dois grupos. O quadro a seguir, baseado na NBR 8953:2015, apresenta estas classificações.
Tabela 8 - Classificação do Concreto
	Concretos do grupo I
de resistência
	Concretos do grupo II
de resistência
	
	Designação
	Fck(MPa)
	Designação
	Fck(MPa)
	C10
	10
	C55
	55
	C15
	15
	
	
	C20
	20
	
	
	C25
	25
	C60
	60
	C30
	30
	
	
	C35
	35
	C70
	70
	C40
	40
	
	
	C45
	45
	C80
	80
	C50
	50
	
	
Fonte: Próprio Autor
Outro ponto importante em relação à resistência mecânica do concreto é com relação aos valores mínimos a serem adotados em projetos.
3.3.6. Permeabilidade e absorção
A permeabilidade do concreto está diretamente ligada à sua porosidade. O concreto, por ser um material poroso não preenche na totalidade os vazios entre os agregados com a pasta de cimento, desta forma, a porosidade deve ser considerada. Já a absorção é o fenômeno físico pelo qual o concreto retém água nos seus poros e condutos capilares.
3.3.7. Deformações
As deformações do concreto estão relacionadas à sua variação de volume, que é o resultado da soma de várias parcelas:
· Variação do volume absoluto dos elementos ativos que se hidratam.
· Variação do volume de poros internos, com ar ou água.
· Variação do volume de material sólido inerte (incluindo o cimento hidratado).
3.3.8. Tipo de concreto e aplicações na construção civil
O concreto pode ser formado pela associação de vários materiais em proporções distintas. Estas várias formas de composição do material originam uma série de tipos de concretos; os mais utilizados estão apresentados no Quadro abaixo:
Tabela 9 - Composição do Concreto
	Tipo de Concreto
	Descrição e Aplicações
	Convencional
	É o concreto mais visto em obras, pode ser lançado em formas ou diretamente no solo. Não utiliza aditivos e sua resistência depende do traço, variando de 10 a 40 Mpa, é utilizado em fundações,
estrutura, pisos e calçamentos.
	Bombeado
	Apresenta as mesmas características do concreto convencional, mas tem a diferença de ter maior fluidez para que seja bombeado. Apresenta maior fator água cimento e pode ser aplicado com algum aditivo de característica plástica. A aplicação dele é igual à do
convencional, porém pode alcançar locais altos ou de difícil acesso.
	Pré-fabricado
	Esse tipo de concreto vem ganhando espaço no mercado, ele é um
concreto com um controle rigoroso de qualidade que é fabricado fora do local da obra e transportado e "colocado" no local definitivo.
	
	Esse tipo de utilização permite ganho de tempo na obra.
Fonte: Próprio Autor
Tabela 10 - Tipos de Concreto
	Alta resistência inicial
	Normalmente é o concreto mais caro devido ao uso de aditivos e como o próprio nome sugere atinge alta resistência em um tempo bem inferior se comparado aos outros tipos, o que permite um ganho de agilidade na construção. A aplicação pode ser vantajosa
para diminuição do tempo da obra.
	Pesado
	Esse concreto utiliza agregados graúdos com massa específica maior, que garantem uma maior resistência mecânica, maior
durabilidade e proteção. A aplicação dele é mais frequente em estruturas pesadas ou que necessitem de proteção intensa.
	Projetado
	Esse concreto tem mais fluidez que o concreto bombeado, pois contêm aditivos que auxiliam na aderência ao substrato; são aplicados através de máquinas de pressão que lançamum jato na superfície. É um tipo de concreto bastante aplicado no Brasil
devido ao relevo demandar muitas obras de contenção; são aplicados em encostas para evitar deslizamentos.
Fonte: Próprio Autor
Os concretos na sua forma final podem ser também armados, ou seja, contam com a presença de aço na sua formação, ou também protendidos, nos quais existem barras de aço protendidas dentro da estrutura.
Além desses tipos citados, existem outros inúmeros, como o autoadensável, rolado, resfriado, leve, celular, com adição de fibras, submerso, ciclópico etc.
3.3.9. Argamassa
Argamassa é um material da construção constituído por uma mistura homogênea de um ou mais aglomerantes, agregado miúdo e água. Nessa massa podem ser adicionados produtos especiais, como aditivos ou adições de outros materiais com a finalidade de melhorar ou conferir determinadas propriedades ao conjunto. As argamassas diferenciam-se por apresentar características plásticas e adesivas e, quando aplicadas, tornam-se rígidas e resistentes após um determinado período de tempo. Esse fato determina seus principais empregos na construção civil, sendo utilizadas na moldagem de elementos, na aderência em outros elementos para a proteção física e mecânica de componentes. No Brasil, são utilizados tradicionalmente como agregados a areia e o pedrisco, e como aglomerantes a cal aérea, o cimento Portand e o gesso.
Os aditivos são adicionados à mistura, em pequenas quantidades, com a finalidade de melhorar uma ou mais propriedade da argamassa tanto no estado
fresco quando no estado endurecido. O uso do aditivo está muitas vezes relacionado à diminuição da retração na secagem (para diminuir fissuras), aumentar o tempo de pega mantendo a plasticidade e também para aumentar a aderência da argamassa ao substrato.
3.3.10. Classificação das argamassas Em relação ao tipo de aglomerante:
· Aéreas simples: que têm a presença de cal aérea ou de gesso.
· Hidráulicas simples: o aglomerante é a cal hidratada ou o cimento.
· Mistas ou compostas: são compostas por cal aérea e cimento. Além da classificação por tipo de aglomerante, as argamassas podem ser classificadas de acordo com sua dosagem em:
· Pobres ou magras quando o volume de pasta é insuficiente para preencher os vazios entre os grãos dos agregados.
· Cheias quando a pasta aglomerante preenche exatamente os agregados.
· Ricas ou gordas quando existe excesso de pasta.
Por último, são classificadas segundo a sua consistência: podem ser secas, plásticas ou fluidas. A escolha da mais adequada dependerá das condições exigidas na obra.
Tabela 11 - Tipos e Fuções da Argamassa
	Função
	Tipo
argamassa
	de
	Descrição
	Propriedades
	Construção de alvenarias
	Assentamento
	Utilizada	para elevação de paredes
de tijolos ou blocos
	Unir	os	blocos, uniformemente	as
absorver deformações
	distribuir cargas	e
	Fixação
	
	
	
	Revestimentos de
paredes	e tetos
	Chapisco
	Utilizada para revestir paredes, tetos, muros, os quais geralmente recebem acabamentos,	como
pinturas	e	outros revestimentos
	Proteger a alvenaria contra intempéries e os sistemas de vedação dos edifícios fornecendo isolamento térmico, acústico e estanqueidade à água
	Emboço
reboco
	ou
	
	
	
	Camada única
	
	
	
	Revestimento
decorativo
	
	
	
	Revestimento de
pisos
	Contrapiso
	Utilizada regularizar
superfície
	para
a
	Regularizar	a	superfície	para receber o acabamento
	Alta
	
	
	
	resistência para
piso
	
	
	
	Revestimento cerâmico
	Assentamento de peças cerâmicas
	Utilizada para "colar" a peça cerâmica no substrato, vedar as juntas, ajustar defeitos
	Absorver as deformações naturais do sistema de revestimento cerâmico
	Rejuntamento
	
	
	
	Recuperação de
estrutura
	Argamassa	de reparo
	Utilizada	para
reconstruir	os elementos estruturais
	Recuperação desses elementos através da reconstituição geométrica
Fonte: Próprio Autor
Tipos de argamassa de revestimento
· Chapisco: camada preparada da base que é aplicada de forma contínua e descontínua e tem a finalidade de uniformizar a superfície em relação à absorção e melhorar a aderência de revestimentos.
· Emboço: camada para revestimento executada para cobrir a regularização da base e preparar a superfície para receber outra camada que pode ser o reboco ou um revestimento decorativo (por exemplo, a cerâmica).
· Reboco: camada para cobertura do emboço e que prepara uma superfície que permite receber o revestimento decorativo, como a pintura, por exemplo, ou que pode ser o próprio acabamento final.
Principais propriedades das argamassas
Trabalhabilidade: esta propriedade está relacionada ao estado fresco e determina a facilidade com que pode ser misturada, aplicada, transportada e acabada em condição homogênea. Está diretamente relacionada ao traço.
Consistência e plasticidade: a forma de correção da trabalhabilidade da massa é através de correção da quantidade de água de amassamento; esse ajuste está relacionado à consistência ou fluidez da argamassa, que pode ser classificada em fluida, plástica ou seca, o que dependerá da quantidade de pasta aglomerante existente ao redor dos agregados. A plasticidade é a propriedade na qual a argamassa tende a conservar a deformação após a retirada de tensões.
Retenção de água: é a capacidade que a argamassa fresca tem de manter sua trabalhabilidade quando sofre perda de água.
Coesão: refere-se às forças de atração que existem entre as partículas sólidas da argamassa com a pasta aglomerante.
Exsudação: é a tendência de separação da água da pasta da argamassa, de forma que a água sobe e os agregados descem,
Camada única: um revestimento único de argamassa que é aplicado na base e na qual já permite a aplicação da camada decorativa, como a pintura; é conhecido popularmente como “reboco paulista” ou “massa única”, e atualmente é a mais empregada no Brasil por conta da gravidade; as argamassas fluidas apresentam maior tendência a esse fenômeno.
Densidade da massa: quanto mais leve for a argamassa mais trabalhável ela será a longo prazo, o que gera um aumento de produtividade pela redução do esforço de aplicação. A densidade varia com o teor de ar e com a massa específica dos materiais constituintes, principalmente o agregado.
Tabela 12 - Classificação da Argamassa
	Argamassa
	Densidade
	Leve
	< 1,4 g/cm³
	Normal
	2,3 ≤ A ≤ 1,4 g/cm³
	Pesada
	> 2,3 g/cm³
Fonte: Próprio Autor
Adesão inicial: é a capacidade de união inicial da argamassa no estado fresco a uma base, chamado de “pegajosidade”. Esta propriedade está relacionada às características da pasta em relação à tensão superficial; ela pode ser alterada de acordo com o teor de cimento, da cal e também dos aditivos.
Retração: está associada à variação de volume da pasta aglomerante e reflete no desempenho das argamassas e também na estanqueidade e durabilidade. Aderência:	essa	propriedade	está	relacionada	a	três	interfaces	de argamassa-substrato. A primeira é referente à resistência de aderência à tração, ao cisalhamento e à extensão da aderência (contato da massa com o substrato). A finura do agregado influencia diretamente essa propriedade, quanto mais contínua
for a granulometria maior será o módulo de finura e maior será a aderência.
3.3.11. Concreto para usinas, barragens e hidrelétricas requer melhor desempenho
A densidade e a permeabilidade são os principais requisitos para usinas nucleares. Para barragens e hidrelétricas, deve atender requisitos de permeabilidade e reduzido consumo de clínquer.
Em obras de infraestrutura, o concreto é material indispensável e utilizado em grandes volumes. Quando se trata de um projeto de grande porte, como usinas nucleares, hidrelétricas e barragens, seu uso pede especificações técnicas inerentes a cada cenário. “Nos empreendimentos que geram energia atômica, é preciso que o concreto para usinas apresente capacidade de isolamento de radiação, além dos parâmetros de resistência, deformabilidade e durabilidade”, afirma o professor José Marques Filho, docente da Universidade Federal do Paraná (UFPR).
A densidade e a permeabilidadesão os principais requisitos que o concreto para usinas nucleares deve atender. Exemplo de solução indicada nesses casos é o Concreto Pesado, da Engemix, negócio de concreto da Votorantim Cimentos.
O produto apresenta elevado peso específico, o que garante a blindagem contra radiações. Em sua composição, também são usados agregados de alta densidade, como a hematita, magnetita, barita ou minério de ferro. Além das usinas nucleares, essas características técnicas tornam o produto ideal para o concreto empregado em obras de instalações de testes de pesquisas atômicas e salas de raio
X. Para barragens e hidrelétricas, o concreto deve ser especificado de maneira que minimize o impacto térmico (que pode causar fissuras); permita capacidade executiva; e garanta a durabilidade adequada. A solução tem que atender requisitos como permeabilidade e reduzido consumo de clínquer, “É preciso que na formulação do concreto se tenha cuidado com as reações expansivas causadas pelo efeito térmico ou pela reação álcali-agregado. Esse fenômeno é controlado com o uso intensivo de pozolana – uma espécie de ‘vacina’ –, que diminui os efeitos térmicos e refina os poros, mitigando a reação álcali-agregado”, destaca o professor.
Formulação, preparação e aplicação do concreto para usinas
Nas grandes obras, é muito importante confiar no concreto que será usado. “Para isso, devem ser realizados ensaios em laboratórios competentes, ação que permite analisar as variações dos diversos parâmetros nos estados fresco e endurecido. Assim, fica reduzida substancialmente a probabilidade de ocorrências
de não conformidades”, diz. São diversos os ensaios possíveis, com destaque para resistência à compressão e à tração; características de deformabilidade; permeabilidade; e reatividade potencial.
As análises prévias perdem a validade caso os dados obtidos não passem do laboratório para o canteiro. “A preparação do concreto deve permitir o controle das matérias-primas. Todas as fases, da mistura até a cura, precisam ser rigorosamente fiscalizadas por profissionais experientes”, completa.
O controle e a garantia da qualidade devem abranger todas as fases da cadeia produtiva. É o caso do cimento e aditivos, com especificação precisa e alta qualidade, fornecidos pela Votorantim Cimentos para a composição do concreto da usina hidrelétrica de Belo Monte, no total de 1 milhão de toneladas desde 2012 até agora.
Além da infraestrutura básica da hidrelétrica, parte do material serviu também para intervenções e melhorias nas cidades localizadas em seu entorno. A logística para transporte de todo esse material para Belo Monte, em Altamira (PA), envolve uma complexa operação, com uso de caminhões especiais que conseguem vencer as difíceis estradas e também barcaças para deslocamentos fluviais.
Tão criteriosa quanto o procedimento de preparação deve ser a aplicação. Por exemplo, no concreto compactado com rolo – solução bastante usada em obras de grande porte –, o controle do processo evita que sejam criadas camadas com vazios que gerem caminhos preferenciais de percolação (manifestação patológica que ocorre nas estruturas de concreto devido à infiltração de água). “Também é essencial o treinamento da mão de obra para obtenção de produto final com a qualidade adequada”, comenta o docente.
Depois de a obra ser finalizada, é recomendável uma inspeção que garanta que os parâmetros especificados realmente foram atendidos. Pela importância e exigência de longa vida útil dessas obras, o processo de monitoramento e manutenção são partes essenciais do ciclo de vida dos empreendimentos.
O concreto para usinas, barragens e hidrelétricas ainda não tem uma norma técnica específica, porém o primeiro passo para elaboração de um documento do tipo foi dado na ABNT. “Estão começando a trabalhar em uma norma para o concreto compactado a rolo”, finaliza Marques.
Calor de hidratação: qual a importância para o concreto
Tecnicamente, o calor de hidratação pode ser definido como o calor liberado pelo concreto através de um processo exotérmico, no caso a reação do cimento com a água. Um processo exotérmico nada mais é do que uma reação química em que há transferência de energia do interior de um objeto para o meio exterior. Após as primeiras horas da aplicação do concreto começa a ocorrer a hidratação do cimento com a água (endurecimento). Essa reação faz com que seja liberada certa quantidade de produtos de hidratação, como hidróxido de cálcio, etringita, silicato de cálcio hidratado, entre outros. Esse processo provoca um aumento da temperatura da massa concreto, cujo calor será liberado na atmosfera.
Grande consumo de cimento no concreto é a principal causa do aumento excessivo da sua temperatura. Até aí, nada de novo. O problema é que, quando se trata de grandes volumes de concreto para a mesma peça, como os blocos de fundação, o calor produzido em seu interior (nas primeiras horas após a aplicação) encontra dificuldade em se dissipar para a atmosfera. Essa dificuldade gera grande acúmulo de temperatura no interior da massa, acarretando em um diferencial térmico entre o núcleo e a superfície da peça. Quando a temperatura interna do concreto ultrapassa os 65ºC a probabilidade de ocorrer fissuração é muito grande, pois quando a camada externa resfriar-se e começar o processo de retração, a camada interna ainda estará em processo de expansão, gerando tensões internas.
Qual a relação entre as propriedades do cimento e o calor de hidratação
De modo geral, o cimento apresenta diversos componentes de acordo com o seu tipo. Esses componentes têm relação direta com uma maior ou menor alteração da temperatura do concreto. Basicamente o cimento tem 4 componentes em maiores quantidades:
C3S : Silicato tricálcico, responsável pela resistência do concreto em todas as idades, mas principalmente nas idades iniciais, liberando calor após a aplicação.
C2S : Silicato dicálcico , responsável pela resistência do concreto em idades mais avançadas, como 1 mês, liberando calor lentamente.
C3A : aluminato tricálcico, libera muito calor nas primeiras horas, reage com água formando a etringita.
C4AF: ferro aluminato tetracálcico, não influencia a resistência.
Por isso é muito importante escolher o tipo de cimento para o concreto. No Brasil temos diversos tipos de cimento, como o Cimento Portland Comum, Cimento Portland Composto, Cimento Portland de alto forno, Cimento Portland Pozolanico, Cimento Portland de alta resistência inicial, etc. Usualmente vemos bastante o Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV ARI), que é um cimento rico em C3S, componente responsável pela resistência inicial. Porém, esse cimento libera alta quantidade de calor em poucas horas, contribuindo para o calor de hidratação. Também é preciso tomar muito cuidado com o teor de C3A do cimento, que é mais baixo do que o C3S, mas tem altíssima liberação de energia nas primeiras horas.
Como reduzir o calor de hidratação no concreto
Muitas variáveis podem influenciar o processo de calor de hidratação, desde a composição dos materiais do concreto ao planejamento da concretagem. Por isso é muito importante consultar especialistas que possam realizar estudos prévios elencando os cuidados a serem tomadas a fim de evitar que essa patologia ocorra. Podemos citar alguns deles:
· Não permitir a exposição excessiva ao sol: Às vezes, pode acontecer de todas as providências e cálculos terem sido observados para evitar o problema. No entanto, a exposição excessiva do concreto ao sol nos primeiros dias após a sua aplicação comprometerá toda a previsão inicial. Por isso, é importante evitar essa exposição, por meio de estruturas adequadas para proteção ou programando a concretagem fora do horário de maior exposição ao sol, preferencialmente no período noturno.
· Utilizar camadas de concretagem: As camadas de concretagem, por serem menos volumosas, são capazes de evitar que o calor permaneça no interior do concreto, permitindo que ele se espalhe pela sua superfície. Isso impede o acúmulo excessivo de calor pela simples diminuiçãodo volume de concreto em uma determinada área.
· Realizar uma boa cura do concreto: A cura do concreto consiste em medidas adotadas para diminuir a evaporação da água contida em seu interior como resultado do aumento da temperatura.
Apesar de agir na parte externa do concreto, é importante para minimizar as consequências desse calor excessivo.
· Refrigerar o concreto com gelo: Quando há uma necessidade maior de diminuir o calor produzido pelo concreto, pode-se recorrer a esta técnica, que consiste em incorporar gelo juntamente com a água adicionada na mistura, com o intuito de fazer
com que o material bombeado tenha uma temperatura ambiente. Assim, a maior temperatura atingida após aplicação não será tão excessiva.
· Refrigeração interna: A “pega” do concreto é o momento em que começa a haver a sua hidratação ou endurecimento. Logo, a refrigeração nessa fase é feita por meio de pequenas tubulações contendo água gelada. Essas tubulações são introduzidas no núcleo do concreto ainda fresco e permanecerão dentro dele após endurecido.
· Controlar a quantidade de cimento: O cimento é o responsável pela reação exotérmica que ocorre no concreto. Portanto, a melhor maneira de evitar o excesso de calor na massa é utilizar a menor quantidade possível desse aglomerante. Podemos realizar essa redução através de várias formas, tais como a utilização de aditivos superplastificante, que possibilitam a redução da relação água/cimento sem prejudicar a fluidez do concreto e/ou a utilização de adições minerais, como a sílica ativa, que possibilitam a redução de cimento sem perder resistência final.
· Controlar a temperatura dos materiais constituintes do concreto: A liberação de calor começa apenas após a hidratação do cimento, mas é possível reduzir a temperatura máxima resfriando os materiais constituintes do concreto, como a areia e a brita, antes que a reação do cimento ocorra. É o mesmo intuito da utilização de gelo mencionada acima.
Como esses materiais ficam expostos ao sol na usina de concreto, muitos profissionais indicam que sejam instalados pulverizadores de água nesses depósitos, a fim de diminuir a temperatura dos mesmos.
Fissuras no concreto podem ser decorrentes do calor
Figura 8 - Fissura no concreto
Fonte: Internet
Todos os materiais de construção, especialmente os sólidos, estão sujeitos a deformações por origem térmica. No caso das estruturas de concreto, o problema acontece quando este se dilata em função do calor emitido pela reação de hidratação do cimento em contato com a água e das condições ambientais no entorno, como temperatura, umidade, insolação etc. Essa situação, geralmente, é desencadeada nas primeiras idades pós-concretagem, podendo gerar fissuras quando o concreto tende a se retrair, no momento de seu resfriamento. Parte dessa retração de origem térmica fica restringida por vários motivos (ex.: pela própria rigidez interna do concreto e vinculação da estrutura no solo), gerando tensões de tração que podem ultrapassar a capacidade de resistência mecânica do concreto. “O grande ‘vilão’ do problema térmico no concreto, portanto, está na fase do resfriamento da estrutura e não no aquecimento como se imagina”, esclarece o consultor Sergio Botassi dos Santos, mestre e doutor em engenharia civil e coautor de dois livros relacionados a estruturas de concreto pelo Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON).
O grande vilão do problema térmico no concreto está na fase do resfriamento da estrutura e não no aquecimento como se imagina.
Diversos elementos podem ocasionar o aumento da temperatura no concreto, tanto de origem externa quanto interna. “Do ponto de vista externo, as oscilações climáticas extremas, aliadas à baixa umidade do ar e à ação do vento, são fatores agravantes”, explica Sergio.
O tamanho da estrutura no início da concretagem também está entre as principais causas. “Estruturas de concreto de grandes dimensões tendem a acumular mais calor em seu interior”, revela o engenheiro. A partir da experiência do profissional observa-se que estruturas que apresentam a menor dimensão com tamanho superior a 60 cm e volume maior que 3m3 começam a apresentar risco de fissura térmica. “Uma fundação em sapata de 70 x 210 x 250 cm, por exemplo, possui potencial de apresentar problemas térmicos. Caso a temperatura média de concretagem, em fase de lançamento, esteja acima de 35o C e a temperatura mínima ambiente, posterior à concretagem, alcançar valores abaixo de 20o C por um longo período, o risco de fissuras também aumenta”, garante.
Em relação às causas internas, o calor proveniente da hidratação do aglomerante (cimento + adições) é uma das principais fontes térmicas para a
variação volumétrica nas estruturas, do estágio inicial à idade avançada, quando ocorre o equilíbrio térmico com o ambiente. De acordo com o engenheiro, o calor proveniente da hidratação dos componentes do concreto é um dos principais motivos de elevação significativa da temperatura nas estruturas nas primeiras idades pós-concretagem.
As fissuras ocasionadas por elevadas temperaturas podem reduzir a capacidade de resistência global da peça estrutural afetada, como nos casos das fundações, grandes lajes maciças, vigas-paredes e pilares-paredes, e ainda tende a diminuir a durabilidade do concreto armado, já que permite a entrada de agentes agressivos com mais rapidez e facilidade, diminuindo a vida útil estrutural. “Obviamente a gravidade dessas patologias pode variar, considerando-se os fatores de maior ou menor potencial deletério”, argumenta Sergio.
O especialista defende ainda, que, se o consumo de cimento em uma dosagem for muito elevado, no sentido de garantir maior resistência na fundação, o potencial das fissuras de origem térmica pode chegar até a seccionar uma peça estrutural, em função do alto calor de hidratação gerado pela matriz cimentícia. Já em outros casos, as fissuras térmicas podem ser mais brandas, não agravando os problemas patológicos decorrentes deste fenômeno, como em fissuras mais superficiais, que não atingem grande profundidade. Sendo assim, essas patologias podem prejudicar a segurança da edificação, fugindo das condições pré- estabelecidas no que diz respeito aos coeficientes adotados nos cálculos estruturais.
Prevenção contra fissuras
Consumos relativamente intermediários de cimento em uma típica dosagem de concreto para edificações (estima-se em torno de 250kg/m3 a 300kg/m3 para resistências da ordem de grandeza entre 25MPa a 35MPa), podem gerar calor potencial de, aproximadamente, 30oC a 45oC. “Normalmente, cimentos com maior presença de adições, já incorporadas na mistura, como o CPIII e CPIV, tendem a gerar menor calor de hidratação e são mais aconselháveis para combater a questão térmica, pois esses materiais adicionais ao clinquer do cimento (escória de alto-forno e pozolanas, respectivamente), em função de suas características físico-químicas mais eficientes, reduzem a necessidade de um elevado consumo de cimento na dosagem do concreto”, explica o consultor.
Figura 9 - Prevenção
Fonte: Internet
Há também como se prevenir do problema térmico junto à dosagem do concreto fazendo uso de aditivos químicos que melhoram a plasticidade no estado fresco, reduzindo a quantidade de água (que diminui a resistência mecânica) e, consequentemente, diminuindo a necessidade de cimento, para uma mesma resistência (fck).
Já nas iniciativas extrínsecas, Sergio destaca a concretagem em camadas, que permite ao concreto dissipar a energia calorífica em etapas, evitando que o calor se acumule em grande quantidade, como se fosse concretado de uma única vez. “O problema deste tipo de solução é o prazo, geralmente maior que o convencional, e a difícil logística demandada para a execução”, ressalta o especialista.
Há também providências que envolvem maior custo, porém mais eficientes em situações que necessitem de prazo mínimo para a solução, ou quando não se permite qualquer risco de aparecimento de fissura no corpo estrutural, com o uso de pré ou pós-refrigeração. Em todos esses procedimentos,no entanto, deve-se buscar orientação com um profissional experiente para dimensionar essas e outras situações de campo.
Soluções para fissuras
A prevenção é uma medida muito mais econômica do que o processo de recuperação. Porém, após o surgimento da fissuração, é fundamental avaliar, o quanto antes, o tamanho do dano, simulando as condições reais ocorridas e algumas in loco, como o tamanho, o formato, a quantidade e a distribuição das fissuras na peça estrutural danificada.
A intenção, na recuperação, é sempre tentar reaver as condições da estrutura como se as fissuras não estivessem ali, levando em conta também a economicidade e as condições de execução do reparo. “Em muitos casos, a injeção de argamassas especiais de elevada plasticidade sob alta pressão tendem a preencher os vazios deixados pelas fissuras, mantendo o maciço estrutural íntegro e monolítico”, alerta o engenheiro. Segundo ele, reforços estruturais externos são casos extremos de reparos, quando a capacidade da peça estrutural depende diretamente da resistência à compressão do concreto fissurado, mas que se encontra estruturalmente danificado. “Nestes casos, deve-se dimensionar o reforço estrutural a partir de soluções disponíveis no mercado: chapas e cantoneiras de aço chumbadas ou coladas com resina, acréscimo de seção transversal com concreto armado, uso de fibra de vidro ou carbono sobre a superfície devidamente preparada e com aplicação de resina especial, entre outros recursos”, conclui.
Alternativa para realizar a cura e evitar fissuras no concreto
Através da evolução de alguns materiais, é possível reduzir a relação água/cimento e, desta forma melhorar várias características do concreto. Os resultados são vários como melhora da resistência, baixa permeabilidade, peças mais densas e duráveis. Porém, estes concretos estão suscetíveis à retração autógena em função da baixa relação a/c. Segundo Adam Neville a retração autógena ocorre em consequência da remoção da água dos poros capilares pela hidratação do cimento. Esta ocorrência está diretamente relacionada com a disponibilidade de água no interior da massa de concreto. Sem uma quantidade mínima, o cimento não alcança a hidratação máxima e pode promover o surgimento de microfissuras, principalmente nas primeiras idades. Quanto menor a relação, maior a chance de ocorrer retração. Segundo artigo publicado pelo ACI (American Concrete Institute), a cura externa deixa de ser eficaz para relação a/c menor ou igual a 0.35. Uma proposta para mitigar este fenômeno é a realização da cura
interna através da substituição de uma pequena parte do agregado miúdo comum por agregado leve saturado com água (saturado superfície seca). A melhora da hidratação do material cimentício se deve à disponibilidade da água contida nos poros (absorvida durante a saturação) que é liberada lentamente. O agregado leve funciona como um reservatório e a água absorvida é puxada por capilaridade do agregado para o espaço formado pela água de amassamento consumida na hidratação. No Guia de Agregado Leve para Concreto Estrutural do ACI, esta água não é considerada como parte da mistura (a/c). Para melhorar o desempenho, o agregado leve deve ter alto grau de absorção e capacidade de liberação rápida. A distribuição granulométrica deve ser similar à areia que foi substituída. Uma vez conhecido o grau de saturação, é possível estimar a massa do agregado leve seco para promover a cura interna adequada. Dois pesquisadores (Zhutovsky e Bentz) sugeriram equações semelhantes que levam em consideração:
· Massa do material cimentício;
· Retração química. O índice de retração varia conforme mistura de materiais cimentícios (ex: sílica ativa, metacaulim e cinza pozolânica);
· Grau de hidratação máxima esperada;
· Capacidade de absorção do agregado leve (kg de água por kg de agregado leve seco)
· Relação a/c (água/Cimento).
Um exemplo de aplicação da cura interna foi a construção de um pavimento de concreto em Hutchins no Texas, cujo consumo foi de 190.000 m3 de concreto. Análises em campo revelaram uma quantidade mínima de fissuras no pavimento e ensaios indicaram que a resistência à flexão por tração, com 7 dias, alcançou 90% do valor esperado para 28 dias – resultado atribuído à melhor hidratação do cimento. Apesar de várias pesquisas comprovarem os benefícios da cura interna em laboratório e em campo, os estudos para determinar o prolongamento da vida útil através deste processo ainda continuam.
Figura 10 - Comparativo dos Agregados
Fonte: Internet
3.4. ESPECIFICAÇÕES MECÂNICAS DOS MATERIAIS (Resistencia dos Materiais)
Levando em consideração que para a construção da barragem será utilizado concreto, avaliamos mecanicamente este material. Para isso, foi necessário conhecer as características e propriedades deste material.
É importante relembrar que a mistura em proporção adequada de cimento, agregados e água resulta num material de construção, o concreto, cujas características diferem substancialmente daquelas apresentadas pelos elementos que o constituem.
Sendo assim, analisamos algumas atividades propostas:
a) Dentre as classes dos materiais (metais, cerâmicas, polímeros, entre outras), em qual delas o concreto se adequa.
b) Pesquisamos em literaturas os valores de resistência à compressão, resistência a tração e módulo de elasticidade. Neste tópico, apresentamos o conceito de
cada uma dessas propriedades mecânicas citadas, enfatizando o motivo pelo qual elas devem ser expressas e por fim, os valores encontrados na literatura para o material concreto.
O concreto é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (pedra ou brita), e ar, pode também conter adições (cinza volante, pozolanas, sílica ativa, etc.) e aditivos químicos com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas e esquematicamente pode-se indicar que a pasta é o cimento misturado com a água, a argamassa é a pasta misturada com a areia, e o concreto é a argamassa misturada com a pedra ou brita, também chamado concreto simples (concreto sem armaduras). E em seu estado plástico ou fresco, as principais preocupações com o concreto são a trabalhabilidade e a facilidade de lançamento. Em seu estado endurecido, a resistência, durabilidade, vida útil e o desempenho do concreto são os seus principais atributos.
E maior preocupação de grande parte dos engenheiros e projetistas de estruturas de concreto, é com relação à resistência à compressão do concreto.
Diferentes partes de uma estrutura estão sujeitas a diferentes condições de exposição, tais como contato com a rocha de fundação, com a água do reservatório ou sujeita ao efeito de molhagem e secagem. Deste modo, para cada parte de uma estrutura é necessário um tipo de concreto diferente. As classes de concreto a serem empregadas nas diferentes partes das estruturas devem ser definidas não apenas em função dos níveis de solicitação mecânica, mas também de acordo com as condições de exposição.
A resistência mecânica do concreto deve ser a melhor possível para atender às situações a que a estrutura estará submetida, embora muitas vezes, em função de outros aspectos ligados à durabilidade.
A resistência à compressão do concreto é determinada conforme a NBR 5739:2007, que prescreve um método de ensaio para corpos de prova cilíndricos de concreto. Basicamente, o ensaio consiste em posicionar o corpo de prova em uma prensa que aplicará um carregamento a uma velocidade constante de 0,45 ± 0,15 MPa/s até, que haja uma queda de força indicando sua ruptura.
A resistência à compressão é calculada através da seguinte equação:
Onde fc é a resistência à compressão (MPa), F é a força máxima alcançada
(N) e D é o diâmetro do corpo de prova (mm).
Segundo Neville (2016), de modo geral, quando o concreto está plenamente adensado, a sua resistência é considerada inversamente proporcional à relação água/cimento.
Existem vários modelos de previsão para estimar o módulo de elasticidade a partir da resistência à compressão do concreto, sendo que algumas expressõesainda levam em conta o tipo do agregado. De modo geral, essas expressões são apresentadas conforme a equação:
Onde, k1 é dado pelo produto de parâmetros relativos às variáveis do concreto considerados nas expressões e k2 varia entre 0,3 e 0,5 (SHEHATA, 2011). E segundo a NBR 6118:2014, o módulo de elasticidade tangente inicial do concreto pode ser estimado, aos 28 dias de idade (tempo de pega), utilizando fck entre 20 MPa e 50 MPa e para fck de 55 MPa até 90 MPa.
Em que Eci é o módulo de elasticidade tangente inicial (MPa), fck é a resistência à compressão característica do concreto (MPa) e αE é um fator de correção de acordo com o tipo de agregado graúdo do concreto.
Fator αE em relação ao tipo de agregado graúdo do concreto:
Tabela 13 - Tipo de Agredado
A tabela abaixo reúne todas as equações que servem para estimar o módulo de elasticidade a partir da resistência à compressão do concreto.
Tabela 14 - Relação entre fc e Eci
Fonte: Próprio Autor
Há várias formas de barragem e todas possuem cálculos e formas de construção um exemplo é barragem de gravidade, onde os níveis de resistência necessários para o concreto são bem reduzidos, havendo exemplos de barragens de CCR que devem ter resistência especificada de 6MPa ou até menos.
A determinação do módulo de elasticidade do concreto é, de modo geral, mais complexa em relação à determinação da sua resistência à compressão, por isso, a grande maioria dos projetos estruturais utiliza um valor para o módulo de elasticidade obtido através de equações empíricas apresentadas por diversas
normas, tomando como variável a resistência à compressão (MELO NETO; HELENE, 2002).
Embora o módulo de elasticidade possa ser obtido simplesmente a partir de valores da resistência à compressão, cada equação, tanto de normas nacionais como internacionais, apresenta resultados que divergem. Isso porque o módulo de elasticidade é influenciado por diversos fatores, sendo a resistência à compressão somente um deles e os ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade de um determinado tipo de concreto são realizados conforme as NBR's 5739:2007 e 8522:2008.
O cálculo de uma estrutura de concreto é feito com base no projeto arquitetônico da obra e no valor de algumas variáveis, como por exemplo, a resistência do concreto que será utilizado na estrutura. Portanto, a resistência característica do concreto à compressão (fck) é um dos dados utilizados no cálculo estrutural. E sua unidade de medida é o MPa (Mega Pascal), sendo.
Pascal a pressão exercida por uma força de 1 newton, uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de 1 metro quadrado de área, perpendicular à direção da força mega Pascal (MPa) = 1 milhão de Pascal = 10,1972 Kgf/cm². Por exemplo:
O Fck 30 MPa tem uma resistência à compressão de 305,916 Kgf/cm².
O valor desta resistência (fck) é um dado importante sendo necessário em diversas etapas de uma obra.
O ensaio, da amostra do concreto é "capeada" e colocada em uma prensa onde nela, recebe uma carga gradual até que atingia sua resistência máxima (kgs). Este valor é dividido pela área do topo da amostra (cm²). E assim temos então a resistência em kgf/cm². Dividindo-se este valor por 10,1972 se obtém a resistência em MPa.
Resistência à tração, tratada também pelo conceito de limite de resistência à tração (LRT), é indicada pelo ponto máximo de uma curva de tensão-deformação e, em geral, indica quando a criação de um "pescoço" (necking) irá ocorrer. Em outros termos é a máxima tensão que um material pode suportar ao ser esticado ou puxado antes de falhar ou quebrar. Como é uma propriedade intensiva, o seu valor não depende do tamanho da amostra. No entanto, é dependente de outros fatores, como a preparação da amostra, da presença ou ausência de defeitos de superfície, e da temperatura de teste e da matéria.
A resistência à compressão simples, denominada fc, é a característica mecânica mais importante. Para estimá-la em um lote de concreto, são moldados e preparados corpos-de-prova para ensaio segundo a NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, os quais são ensaiados segundo a NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos.
O corpo-de-prova padrão brasileiro é o cilíndrico, com 15cm de diâmetro e 30cm de altura, e a idade de referência para o ensaio é 28 dias de idade.
GRÁFICO 1 - Curva de Gauss
 Curva de Gauss para a resistência do concreto à	
Fonte: Próprio Autor
Após ensaio de um número muito grande de corpos-de-prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos-de-prova relativos a determinado valor de fc, também denominada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se Curva Estatística de Gauss ou Curva de Distribuição Normal para a resistência do concreto à compressão.
Na curva de Gauss encontram-se dois valores de fundamental importância, resistência média do concreto à compressão, fcm, e resistência característica do concreto à compressão, fck. O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica, fck, por meio da fórmula:
fck = fcm – 1,65s
O desvio-padrão s corresponde à distância entre a abscissa de fcm e a do ponto de inflexão da curva (ponto em que ela muda de concavidade). O valor 1,65 corresponde ao quantil de 5%, ou seja, apenas 5% dos corpos de prova possuem fc
< fck, ou, ainda, 95% dos corpos-de-prova possuem fc ≥ fck. Portanto, pode-se definir fck como sendo o valor da resistência que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado, em ensaios de corpos-de-prova de um determinado lote de concreto.
Sabe-se da Resistência dos Materiais que a relação entre tensão e deformação, para determinados intervalos, pode ser considerada linear (Lei de Hooke), ou seja, σ = Eε, sendo σ a tensão, ε a deformação específica e E o Módulo de Elasticidade ou Módulo de Deformação Longitudinal.
GRÁFICO 2 - Módulo de Elasticidade
Módulo de elasticidade ou de deformidade longitudinal Fonte: Próprio Autor
Para o concreto a expressão do Módulo de Elasticidade é aplicada somente à parte retilínea da curva tensão-deformação ou, quando não existir uma parte retilínea, a expressão é aplicada à tangente da curva na origem. Neste caso, tem-se o Módulo de Deformação Tangente Inicial, Eci.
GRÁFICO 3 - Módulo de Deformação
Modulo de deformação tangente inicial (Eci)
Fonte: Próprio Autor
O módulo de deformação tangente inicial é obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522 – Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação.
O estudo da resistência dos materiais é uma ferramenta poderosa para engenheiros, projetistas em geral. Implica na redução das dimensões de pilares e vigas, no aumento da velocidade das obras, na diminuição do tamanho e do peso das estruturas, formas, armaduras, entre outros processos. Hoje temos disponíveis também softwares que auxiliam na detecção de falhas e executam teste de resistências de como os materiais se comportaram a determinados tipos de situações, um exemplo de software hoje é o ansys, que executa teste de resistência como torção, elasticidade, pressão entre outros.
3.5. ESTUDO HIDROLÓGICO (Fenômenos dos Transportes)
O projeto de uma usina hidroelétrica aplica o Princípio de Conservação de Energia nas etapas que ocorrem desde o represamento de água, que impulsiona
o funcionamento das pás de turbinas, levando à transformação de energia mecânica à energia elétrica, nas unidades geradoras, como representado na Figura abaixo. Porém, uma parte da energia mecânica é perdida ao longo do escoamento, devido ao efeito do atrito com as paredes das tubulações, por exemplo, sendo essa conversão de energia, definida como perda de carga.
Figura 11 - Representação da Usina
Fonte: PTG
No projeto da hidroelétrica, as turbinas serão alimentadas por tubos de raio igual a 50 mm, com água (ν = 10-6 m2/s; γH2O = 104 N/m3) escoando de uma elevaçãode 120 metros a uma velocidade média de 0,53 m/s. Sabe-se que a perda de carga irreversível em cada tubulação é de aproximadamente 10 metros (excluindo a turbina). Dada a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s2 e a eficiência da turbina igual a 85% e tendo como base essas informações prévias, chegamos aos seguintes resultados dos cálculos:
a) Verificar se o escoamento é laminar ou turbulento.
Descoberto por Osborne Reynolds em 1883, o número de Reynolds (Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos para o cálculo do regime de escoamento (regime que pode ser: Laminar ou Turbulento) de um determinado fluido, podendo ser esse escoamento: dentro de uma tubulação ou sobre uma superfície.
Para sabermos se o escoamento no interior do conduto forçado é Laminar ou turbulento devemos calcular o número de Reynolds.
O número de Reynolds é usado para avaliar a estabilidade de um fluxo, indicando se o fluido flui de forma laminar ou turbulenta.
3.5.1. Escoamento Laminar
O escoamento laminar ocorre quando as partículas de um fluido se movimentam ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas (daí o nome laminar), que preservam suas características durante o escoamento.
Nesse tipo de escoamento, a viscosidade age no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência. Sendo que este escoamento ocorre geralmente a velocidades baixas e em fluídos que apresentem grande viscosidade.
Figura 12 - Escoamento Laminar
Fonte: Internet
3.5.2. Escoamento turbulento
O escoamento turbulento ocorre quando as partículas de um fluido não se movimentam ao longo de trajetórias bem definidas, ou seja, as partículas descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum na água, cuja viscosidade é relativamente baixa.
Figura 13 - Escoamento Turbulento
Fonte: Internet
 
ν
 
 
 
ν 
Utilizando os dados apresentados no trabalho, chegamos ao seguinte resultado:
 
ν
 
 
 
Com o resultado do Cálculo acima podemos concluir que o regime de escoamento no interior do conduto forçado é Turbulento.
b) Calcular a potência aproximada da turbina provocada pelo escoamento de água em cada tubulação, considerando que não ocorram perturbações bruscas ao escoamento nessa seção. Considerem que os níveis de água da represa (1) e do local de descarga (2) permaneçam constantes.
Primeiro calculamos a Altura manométrica/Altura Total (Hm):
 
 
Segundo calculamos a Vazão da Água (Q):
 ( )
 ( )
 
Terceiro calculamos a Potência da Turbina (Pot):
E por fim utilizamos o rendimento da turbina para calcular a potência real aproximada:
 	 
 
 
 
 
4. CONCLUSÃO
Após todo o aprendizado teórico e agora com a aplicação na prática podemos dizer com clareza que todo o conteúdo é utilizável na prática. Todo o entendimento foi alcançado com a utilização de todos os materiais disponibilizados pela Faculdade, ambiente virtual, biblioteca virtual, vídeo aulas, sem estes materiais seria muito mais difícil a elaboração deste trabalho. Com a disciplina de Topografia e Georreferenciamento pudemos aplicar os conhecimentos para poder visualizar a geografia local onde será construída a barragem de concreto. Na Geologia e Paleontologia aprendemos a distinguir as diferentes formas de composição dos terrenos, poder entender e ler uma carta geológica e entender a formação das camadas de rochas para o projeto da barragem. Com Materiais de construção civil I, conhecemos os principais materiais e sua utilização correta, funções na estruturas e como saber quando utilizar e a quantidade certa. Em resistência dos materiais ficamos aptos a entender o quanto um material suporta esforço e como calcular o esforço máximo que podemos retira de um material. Por fim chegamos ao cálculo do potencial energético que temos em mãos, quanto que realmente podemos gerar de energia elétrica, que é o objetivo principal e final do empreendimento. Com todas estas etapas concluídas podemos afirmar que foi muito proveitosa a experiência de realizar na prática o que muitos nem imaginam por onde iniciar. Valeu muito a pena!
REFERÊNCIAS
1. MOURO, Lucas D., ZIELISNKI, João P. T. Geologia e Paleontologia. Londrina: KLS, 2017.
2. OLIVEIRA, José V. M., PEREIRA, Adriane N.. Topografia e Georreferenciamento. Londrina: KLS, 2018.
3. SIMÕES, Roberto M. I. Fenômenos de Transporte: Energia. Londrina: KLS, 2016.
4. MASUELA, Fábio B. Resistência dos Materiais. Londrina: KLS, 2016.
5. LOPES, Lívia de F. Materiais de Construção Civil I. Londrina: KLS, 2016.
6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro (2003).
7. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Ensaios de compressão – corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro (2007).
8. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro (2007).
9. Blog de Engenharia Química, Número de Reynolds. Disponível em https://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/numero-de-reynolds.html. Visualizado em 20 de Abril de 2019.