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IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013

Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013

Manifestações patológicas na construção

Manifestações patológicas no concreto do caminho de rolamento da ponte rolante de 1000 kN em ITAIPU

SILVA, João Menezes (1), FREITAS, João B. S.(2)

(1) Engenheiro Civil, Itaipu Binacional (2) Técnico Eletroténico, Itaipu Binacional

[email protected]

Rua suindara, 195, Vila A ‐ CEP: 85866‐250 ‐ Foz do Iguaçu (PR) Tel. 45‐99216466

Resumo Visando uma segurança em todos os equipamentos e estruturas de barragem, é importante realizar um monitoramento constante para identificar as anomalias que afetam ou poderiam afetar de forma potencial à segurança das estruturas. Durante estas inspeções realizadas na Usina hidrelétrica de Itaipu Binacional, foram constatadas, séries de patologias no concreto do entorno do trilho, no caminho de rolamento da ponte rolante de 1000 kN. O trabalho em questão pretende levar para conhecimento e discussão, a importância das inspeções para diagnósticos e recuperação das patologias em estruturas de grande porte. Mas especificamente abordará as alterações ocorridas no entorno dos trilhos, nas vigas do caminho de rolamento da ponte rolante de 1000 kN, localizada na casa de força da Usina hidrelétrica de Itaipu. Palavra‐Chave: Patologias, concreto, Ponte rolante, Itaipu Binacional

Abstract In order to maintain safety in all equipment and dam structures, it is important to carry out constant monitoring to identify anomalies that affect or could affect the structures safety. During these inspections across the Itaipu Hydroelectric Power Plant, series of pathologies were found in the concrete surrounding the rail, the road of overhead travelling crane 1000kN. The paper aims to show the importance of regular inspections to diagnose and recover from pathologies found in large structures. Specifically address the changes in the surroundings of the track, in concrete beams supporting the road of overhead travelling crane 1000 kN, located in the powerhouse of the Itaipu hydroelectric plant. Keywords: Pathologies, concrete, overhead travelling crane, Itaipu Binacional.



1. INTRODUÇÃO Devemos reconhecer que o conhecimento no campo de estruturas e materiais está cada vez mais evoluído, o que vem promovendo melhores técnicas construtivas, evitando assim, erros cometidos no passado e atenuando as patologias nas estruturas.

É importante frisar que o conhecimento adquirido até o momento pela engenharia civil, ainda não é capaz de exaurir a necessidade de formas preventivas para evitar todos os fatores que podem ocasionar uma deterioração das estruturas.

Para que seja dado um diagnóstico ideal que possa definir a melhor forma de intervenção é importante que os responsáveis pelas análises das patologias, sejam especialistas na área. O que se busca na recuperação ou reforço de estruturas de concreto é basicamente um restabelecimento das condições de uso especificadas pelo projeto.

Sabemos que as patologias nas estruturas de concreto surgem por diferentes fatores e como nos ensina Souza [1]; “O surgimento de problemas patológicos em dada estrutura indica, em última instância e de maneira geral, a existência de uma ou mais falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além de apontar falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais atividades.”; por isso, é importante para não prejudicar o desempenho da estrutura, a programação de ações que possam identificar o surgimento de patologias.

Uma boa programação de inspeções que possam determinar o período adequado de manutenções preventivas (e também para reavaliação dos critérios de inspeção) é fundamental para evitar um aumento de custos na recuperação das estruturas.

A Itaipu Binacional sempre buscou a qualidade em todas as fases do projeto; por isso, vem respeitando após a execução da obra, todos os procedimentos exigidos visando prolongar a vida útil e durabilidade de suas estruturas e mantém uma rotina de inspeções e manutenções preventivas.

Procuraremos com este trabalho demonstrar a importância das inspeções para identificação de patologias; apresentar os diagnósticos elaborados nas duas fases do procedimento e especificar as medidas utilizadas na reabilitação da patologia no entorno dos trilhos, na viga do caminho de rolamento da ponte rolante de 1000 kN, localizada na casa de força da Usina hidrelétrica de Itaipu.



2. DESCRIÇÃO DAS ESTRUTURAS

2.1 Usina Hidrelétrica de Itaipu Binacional A Usina Hidrelétrica de Itaipu (Fig.1) foi constituída em 1974 e finalizada em 2006 e está localizada no Rio Paraná entre divisas das cidades de Foz do Iguaçu (BR) e Ciudad del Leste (PY). A energia elétrica produzida pela empresa representa além de um elevado valor socioeconômico, possui um grande valor estratégico para o Brasil e o Paraguai.

Fig.1 – Usina hidrelétrica de Itaipu Binacional

2.2 Barragens de Itaipu Binacional

As barragens são construídas transversalmente a um rio e como nos ensina o do Dicionário de Barragens [2]; “As barragens são definidas como barreiras ou estruturas que cruzam córregos, rios ou canais para confinar e assim controlar o fluxo da água”. Também podem ser construídas por tipos diferentes de materiais, sendo mais comuns as construídas em concreto, argila compactada e rochas (barragem de enrocamento), e em relação à classificação, nos orienta o Dicionário de barragens [3] que “As barragens são classificadas conforme o material usado para construí‐las. Barragens construídas de concreto, pedra ou alvenaria são chamadas de barragens de gravidade, barragens em arco ou barragens de contrafortes. As barragens feitas de terra ou enrocamento são chamadas barragens de aterro”

Dentro das principais características apresentadas pela barragem de Itaipu Binacional (fig. 2) podemos destacar os diversos tipos de barragens (terra, enrocamento com núcleo de argila, gravidade aliviada, tipo contraforte e gravidade maciça) que compõem suas estruturas. Tendo uma altura máxima de 196 metros e com coroamento na el. 225,00 metros acima do nível do mar.



Fig.2 – Arranjo geral da barragem de Itaipu

2.3 Casa de força

Localizada no pé da barragem principal, a casa de força está dividida em subtrechos, possuindo 20 blocos independentes separados por juntas de construção.

2.4 Localização da área recuperada

Na figura 3 é possível ver um layout das pontes rolantes (figura 4) da Usina hidrelétrica da Itaipu Binacional, que foram projetadas para operarem em todo o comprimento da casa de força, com o objetivo de transportarem equipamentos pesados.

Apesar de serem observados outros pontos com patologias menores, a viga onde foi realizada a intervenção está localizada no eixo C, elevação 136,50, no bloco AMD‐2. No caminho de rolamento em questão, operam duas pontes rolantes e são denominadas pontes P 11 e P 12.



Fig.3‐ Lay‐out das pontes rolantes

Fig. 4 – Ponte rolante localizada na el. 136,50



3. A INSPEÇÃO DAS ESTRUTURAS DE ITAIPU

Há tempos e são várias as orientações de inspeções para manter a qualidade da segurança de barragens, e todas elas exigem que as inspeções sejam executadas por pessoal qualificado e treinado, e essas, devem ser de rotina, formais e especiais (havendo outras classificações), tudo dependerá das orientações e complexidade da situação apresentada.

Cada inspeção possui sua própria característica e devem apresentar dados suficientes que possibilitem a análise. O Ministério da Integração Nacional no seu Manual de Preenchimento da Ficha de Inspeção de Barragem [4] lembra que “Um programa de inspeção e segurança de barragens é de fundamental importância para a estabilidade e segurança de uma barragem em longo prazo e deverá ser parte integrante do plano de operação de toda barragem”.

Independente do porte da barragem, manter uma inspeção regular nas estruturas é fundamental para detectar as alterações e iniciar as medidas preventivas. Além de serem essenciais e relevantes; essas inspeções minimizam os custos de intervenção e evita danos maiores.

As estruturas de concreto da Itaipu Binacional são monitoradas por uma grande e complexa rede de instrumentos e as inspeções são realizadas de forma regular ou em conformidade com complexidade e situação verificada. Normalmente as inspeções são rotineiras e realizadas por várias áreas da empresa seguindo uma periodicidade definida.

Detectando alguma anomalia e analisada a situação, as inspeções serão transformadas em periódicas com um menor tempo entre elas (formais) e poderão ser transformadas em complexas com elaboração de relatórios e pareceres técnicos emitidos pelo setor de engenharia ou por consultores.

É importante lembrar que toda barragem deve ser instrumentada e as inspeções visuais são fundamentais para complementar os resultados que irão compor os dados a serem analisados; estes dados, devem apresentar o maior detalhamento possível para que possa permitir uma análise que indique o desempenho das estruturas e seu estado de segurança. Uma boa inspeção deve levar em conta, a possibilidade de falhas em todo o conjunto que possa comprometer a capacidade operação e utilização da estrutura.

4. A PATOLOGIA NO CAMINHO DE ROLAMENTO DAS PONTES ROLANTES

4.1 Das anomalias

As anomalias em estudo foram detectadas inicialmente pelos operadores das pontes rolantes e a principio, achou‐se que o problema estava nos truques (unidade formada pelas rodas e eixos) devido ao barulho que era percebido no deslocamento da ponte.

Como primeira providência, foi inspecionada e executada a manutenção de todo o sistema da ponte rolante; não sendo detectada nenhuma anomalia na parte mecânica. Após a manutenção realizada, observou‐se que apenas em alguns locais era percebido este choque das rodas.



Na inspeção realizada no concreto do caminho de rolamento das pontes rolantes, foi verificado a existência de um desnível entre os trilhos no ponto de maior incidência do barulho e algumas alterações no concreto do entorno do trilho.

As coletas dos dados das anomalias foram realizadas em duas fases de levantamento. A primeira foi realizada durante a primeira inspeção e restringiu‐se apenas na análise aparente das patologias e na segunda fase o levantamento foi mais apurado, com procedimentos e estudos mais complexos que fornecessem dados para determinar as causas e os procedimentos a serem tomados, possibilitando assim a tomada de decisão e escolha da solução mais adequada.

4.2 A Coleta de dados e análise preliminar

Neste levantamento os sintomas coletados e análise preliminar foram:

a) O concreto se encontrava caracterizado por lascamento superficial e com massa do concreto não coesa e esfarelada (Fig. 5 e 6 );

Fig. 5 e 6– Concreto com desplacamento e massa não coesa

Tipificação: o dano pode ter sido provocado por condições não previstas para a resistência do material ou por falha na execução das especificações construtivas.

Também poderíamos supor que a patologia observada ocorreu por esforços externos superiores provocados por impacto, esmagamento direto (provocado por esforços ou por defeito na fixação entre trilho e aparelho de apoio) e outros meios internos não observados visualmente.

Outros fatores que também poderiam ter influenciados, são:

Falta de cuidados na limpeza, remoção de nata ou argamassa na execução do concreto do primeiro estágio para o segundo;



Pouca ou falta de impregnação com mastique na área de movimentação dos trilhos (o que permitiria a adesão do concreto ao trilho) combinado com impactos (fig. 7 e fig. 8)

Fig. 7 – Ausência de mastique Fig. 8 – Presença mínima do mastique

Aperto inadequado das placas de fixação (ausência ou quebra) dos trilhos deixaria folga para

impactos ou vibrações exageradas (Fig. 9 e Fig. 10);

Fig. 9 – placa de fixação Fig. 10 – ausência ou quebra da placa de fixação

b) Desnivelamento dos trilhos;

Tipificação: A trabalhabilidade das estruturas podem ter provocado um recalque ou uma rotação; o que ocasionaria um desnivelamento. Outro fator que poderia provocar o desnivelamento do trilho é um defeito na fixação no aparelho de apoio, por aperto inadequado, quebra ou ausência. (Fig. 11);



Fig. 11 – Junta de dilatação; quebra da borda

c) Trincas com quebra do concreto da borda entre juntas.

Tipificação: As Trincas detectadas (Fig. 12 e Fig. 13) podem ter origem em várias causas; poderíamos inicialmente diagnosticar, que a patologia teria sua origem por algum tipo de restrição ao deslocamento dos materiais, os quais não suportaram as movimentações provocadas pelas estruturas.

Fig. 12 – Trinca com encaminhamento da junta Fig. 13 – Trinca com encaminhamento da junta 3.3 Considerações e recomendações iniciais

Com os dados coletados na investigação inicial, foi possível perceber que as patologias encontradas podem comprometer com o tempo a segurança do equipamento e da estrutura.

As alterações detectadas podem ter origem em erros na construção ou na concepção de projeto. Com os dados apresentados e devido à importância do equipamento para o empreendimento, foi recomendado de forma imediata, um estudo mais detalhado no local para melhor definição das causas relacionadas às patologias; evitando assim um maior custo na recuperação.



5. A COLETA E ANÁLISE DE NOVOS ELEMENTOS Uma estrutura durável depende de vários fatores na elaboração, execução e na manutenção, por isso, é importante um bom projeto e uma boa manutenção pós construção.

É bom lembrar que um bom programa de fiscalização e de inspeção é fundamental quando se busca uma maior durabilidade e vida útil dos elementos constituintes do empreendimento. A inspeção deve sempre buscar o maior número de dados para evitar intervenções inadequadas; nunca devemos aceitar dados superficiais na hora de decidir a necessidade, a abordagem e a forma de intervenção na estruturas.

Seguindo a recomendação inicial, foi realizada uma inspeção mais elaborada para verificar a gravidade dos problemas antes detectados. Os procedimentos realizados foram:

Foi removido o concreto secundário em torno da placa de apoio da junta de dilatação do trilho na AMD‐02, el.136,50 eixo C, para possibilitar a identificação e análise detalhada dos desníveis que estavam ocorrendo entre os trilhos nestes pontos, o que possibilitou a identificação das seguintes situações:

Inexistência de folga entre a placa de apoio e o trilho do lado PY (Fig. 15);

Fig. 15 ‐ Inexistência de folga entre a Placa de Apoio e o trilho lado PY

Folga de aproximadamente 8 mm entre a placa de apoio e o trilho do lado BR, conforme indicado na Fig. 16 e Fig. 17 ;



Fig. 16 ‐ Folga encontrada entre a Placa de apoio e o trilho lado BR

Fig. 17 ‐ Identificação dos trilhos (PY/BR)

Detectado trinca em uma das castanhas, do lado BR (Fig. 18) ;

Fig. 18 ‐ Castanha Trincada



Desnivelamento entre os trilhos, conforme indicado na tabela 1 (pontos 1, 2, 3) e mostrado na figura 19;

Fig. 19 ‐ Desnivelamento entre os trilhos

Desnivelamento da placa de apoio (pontos A, lados PY/BR), indicado na tabela 1;

Tabela 1 – nivelamento da placa de apoio e trilhos

PONTOS PY BR DIF.

1 1.476,00 1.473,10 2,90

2 1.476,50 1.473,10 3,40

3 1.477,50 1.473,50 4,00

A 1.628,00 1.634,00 ‐6,00

Na placa intermediária que foi inspecionada do lado BR, não foi detectado nenhum problema (Fig. 20).

Fig. 20 ‐ Placa intermediária



6. MEDIDAS DE REABILITAÇÃO

A qualidade de um reparo está na boa análise realizada por um especialista, que deverá esclarecer as causas que provocaram a patologia. Os processos de deterioração do concreto são complexos e podem ocorrer por fatores externos e internos (ou a combinação dos dois fatores), por isso, o especialista que irá analisar os dados também deverá entender os fenômenos que expliquem o porquê do surgimento, a evolução da patologia e os métodos e procedimentos de recuperação.

Após o diagnóstico obtido com os dados coletados e escolhido o método mais adequado para a intervenção, foi iniciado os trabalhos para devolver a integridade da estrutura (Fig. 22).

Os procedimentos para recuperação foram:

Remoção das duas castanhas que prendem o trilho a placa de apoio e fabricação de novas castanhas;

Colocação de calços metálicos, com espessura das folgas encontradas;

Recolocação das castanhas aumentando o torque das porcas para forçar o trilho a apoiar nos calços;

Colocação de chapas metálicas #1/2”(cachorro) soldadas no trilho e na chapa de apoio para diminuir o esforço que hoje é concentrado nas castanhas (Fig. 21) .

Fig. 21 ‐ Vista do reforço metálico e nova castanha com chapa de #1/2”

Para recomposição do concreto foram utilizados os seguintes materiais:

a) SIKA GROUT 250 ‐ O traço na recomposição do local utilizou as seguintes proporções de materiais:

b) 3 Sacos de sika grout 250 ‐ 25 Kg

c) 22,5 Kg de pedriscos

d) 9 litros de água



Fig. 22 – Área da patologia recuperada

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Após a inspeção e detecção das causas da movimentação dos trilhos que ocasionam os desníveis quando estão com carga (ponte auxiliar em movimento nestes locais). A ITAIPU programou para o ano de 2013 através da Superintendência de Obras (SO.DT), A ITAIPU programou para o ano de 2013 através da Superintendência de Obras (SO.DT), a inspeção e possível recuperação das juntas nos eixos B e C, desta forma a manutenção preventiva eliminará as patologias em sua fase inicial permitindo assim, uma movimentação das pontes sem nenhuma interferência, aumentando a vida útil do sistema de translação das pontes.

Verificou‐se que não ocorreram alterações significativas no comportamento da estrutura no que diz respeito à durabilidade.

8. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a ITAIPU BINACIONAL pela oportunidade de divulgar ao meio técnico suas experiências no monitoramento do desempenho das estruturas da usina hidrelétrica. Agradecem também ao Wilde Werner pelo apoio na elaboração deste trabalho.

9. BIBLIOGRAFIA

[1] SOUZA, Vicente Custódio de; Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. São Paulo: Pini, 1998. Pag. 23.



[2] SORIA, Miguel Augusto Zydan; Dicionário de barragens: lingüístico/comitê Brasileiro de Barragens. Núcleo do Paraná. Porto Alegre: Nova Prova, 2010. Pag. 427

[3] SORIA, Miguel Augusto Zydan; Dicionário de barragens: lingüístico/comitê Brasileiro de Barragens. Núcleo do Paraná. Porto Alegre: Nova Prova, 2010. Pag. 428

[4] Ministério da Integração Nacional; Manual de preenchimento da ficha de inspeção de barragem. Pag. 7. Conteúdo disponível em http://www.mi.gov.br, Consultado em 25/01/2013.

FOTOS – Arquivos da SO.DT; Usina hidrelétrica da Itaipu Binacional.

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