A Avaliação de desgaste de materiais por cavitação com o equipamento tipo jato cavitante

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Diante do desenvolvimento do equipamento tipo jato cavitante (DALFRÉ FILHO, 2005) de fácil operação e confiabilidade para se avaliar esta propriedade, se pode através de ensaios com tal aparato se avaliar comparativamente diferentes tipos de concretos, contribuindo-se com o desenvolvimento de estruturas de maior desempenho quanto ao desgaste por cavitação. O equipamento tipo jato cavitante desenvolvido por DALFRÉ FILHO (2005) utiliza um bocal especialmente projetado para simular o fenômeno da cavitação desgastando uma amostra em um período de tempo curto. Isso ocorre, sobretudo, devido à magnitude da velocidade. No caso das estruturas hidráulicas se verifica o efeito simultâneo do fenômeno da cavitação e do impacto de um jato de alta velocidade. Vislumbra-se que a resistência ao desgaste por cavitação possa ser beneficiada com o uso destes potentes aditivos químicos, incluindo a redução de porosidade e permeabilidade.

Deve-se destacar que, durante o período deste trabalho, não se verificaram novas publicações que tratassem do tema da erosão por cavitação em concretos de estruturas hidráulicas. Embora a importância do tema, haja vista o número de novas hidrelétricas em construção e recentemente construídas no Brasil e no mundo.

- Materiais e Métodos

São investigados dois grupos de concretos: Grupo I de relação a/c ≥ 0,45 (de resistências convencionais) e Grupo II de relação a/c

Como materiais a serem utilizados na pesquisa se definem:

- Cimento Portland Tipo V;

- Agregado miúdo natural;

- Agregado graúdo granítico,

- Aditivo polifuncional;

- Aditivo superplastificante a base de policarboxilato;

- Adição mineral sílica ativa (microssilica) e

- Adição mineral nanossílica.

Os parâmetros utilizados para a avaliação serão obtidos através de ensaios em concretos frescos e endurecidos. Nos concretos frescos se buscará avaliar a trabalhabilidade, utilizando-se para tanto o ensaio de Abatimento de Tronco Cone – NBR 7223 (ABNT, 1992). Nos concretos endurecidos se buscará avaliar a influência das adições e dos aditivos nas propriedades mecânicas dos concretos, através dos ensaios de Resistência à compressão Simples – NBR 5739 (ABNT, 1980) e Determinação do Módulo de Deformação Estática – NBR 8522 (ABNT, 1983) e quanto a seu desempenho quanto ao desgaste por cavitação, através do ensaio com o equipamento tipo jato cavitante (DALFRÉ FILHO, 2005).

A necessidade de maior conhecimento da resistência ao desgaste do concreto por cavitação de forma acessível e correta faz com que os corpos de prova devam estar produzidos da melhor forma possível, com dosagens conhecidas para a melhor comparação entre as diferentes composições, em respeito às normas. Os corpos de prova aqui testados foram executados e acompanhados pela equipe no laboratório da Falcão Bauer.

A partir daí, obtivemos então três grandes grupos de corpos de prova, sendo os três iguais e divididos em sete subgrupos: o primeiro foi nomeado Piloto (concreto convencional), o segundo é o concreto com adição de Metacalium 6%, o terceiro tem adição de Fibra Poli 600g, o quarto Microssilica 6%, o quinto Microfibra de carbono 600g, o sexto Nanossilica 1% e, por fim, o sétimo, com uma mistura da adição de Nanossilica 1% com Microssilica 6%. Cada corpo de prova foi individualmente dividido ao meio, sendo a parte de cima chamada de Topo e a parte de baixo, Fundo. Houve uma diferença esperada entre o rendimento de cada superfície, haja vista que o Fundo possui um assentamento do concreto de forma direta, sem o uso de ferramentas, e no Topo há o uso de uma colher de pedreiro (nivelamento manual). Analisamos também essa diferença ao longo do projeto.

Para a simulação da cavitação, utilizamos o equipamento tipo jato cavitante criado pelo orientador (Prof. Dr. José Gilberto Dalfré Filho). Tal equipamento encontra-se no Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos do Departamento de Recursos Hídricos da FEC. O equipamento em questão tem um funcionamento simples: o corpo de prova é inserido em um cilindro preenchido com água e acionado o jato, sob uma pressão mantida a 100 kgf/cm². O tempo sob ação do jato é cronometrado e, assim que atingir o tempo analisado, o corpo de prova é retirado do cilindro, seco e medido, com um paquímetro, o volume desgastado.

- Resultados e Análise

Para a realização dos ensaios, separamos os três grupos de corpos de prova. Primeiramente, com o apoio de um técnico do laboratório, submetemos todos os corpos de prova do primeiro grupo a quinze minutos sob ação do jato tipo cavitante, o que totalizou quatorze testes, haja vista que são sete composições de concreto e pra cada composição há dois corpos de prova, referentes ao Topo e ao Fundo. O desgaste foi medido e anotado para cada um deles, conforme mostrado nas Tabelas 1 e 2 e gráficos:

Tabela 1: Volume desgastado de concreto sob efeito da cavitação por 15 minutos, TOPO.[pic 2]

Tabela 2: Volume desgastado de concreto sob efeito da cavitação por 15 minutos, FUNDO.[pic 3]

A partir das Tabelas 1 e 2, traçaram-se gráficos comparativos entre os desgastes do Topo e do Fundo, Figuras 1 (a) e (b).[pic 4][pic 5]

[pic 6][pic 7]

[pic 8]

Figura 2. Comparação entre o volume desgastado apos quinze minutos de cavitação no Topo e no Fundo.

Dos gráficos acima, observa-se que o volume desgastado no Piloto é maior do que nos demais corpos de prova que possuem aditivo, tanto no Topo quanto no Fundo. Por exemplo, o desgaste é aproximadamente 800% maior no Piloto (Topo) do que no corpo de prova com adição de Microssilica 6% (Topo), que apresentou a maior resistência no Topo. Para o Fundo, o menor desgaste foi no corpo de prova com adição de Metacalium 6%, cerca de 350% menor do que no Piloto (Fundo).

Outra observação interessante é o fato de que no Fundo o desgaste foi sempre menor do que no Topo. Tal diferença possivelmente deve-se ao assentamento de cada lado, como mencionado anteriormente.

Feito isso, colocamos