O PAPEL DO CONCRETO PROJETADO NA IMPERMEABILIZAÇÃO DE TÚNEIS: Os últimos 10 anos

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1 O PAPEL DO CONCRETO PROJETADO NA IMPERMEABILIZAÇÃO DE TÚNEIS: Os últimos 10 anos Antonio D. de Figueiredo Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

2 VOCÊS SE LEMBRAM DO QUE ACONTECEU HÁ DEZ ANOS? Eu não lembrava... Em 2005 ocorreu: Falecimento de João Paulo II Julgamento de Saddan Katrina em Nova Orleans...

3 RESOLVI BUSCAR O QUE EU HAVIA FALADO ANTES... Grande preocupação (ITA, 1998) Necessidade de túnel estanque : Minimizar entrada de agentes agressivos e lixiviação garantir durabilidade da estrutura Alteração do nível do lençol freático Ataque às instalações do túnel

4 COMPARANDO CONCRETO PROJETADO COM O CONVENCIONAL Material K (cm/s) Vazios permeáveis (%) Concreto convencional Concreto projetado 3,41x ,9 < ,1 Concreto projetado do revestimento do túnel Via seca 10-8 a ,4 Via úmida ~ ,4 DANTAS & TANGO (1990) e ARMELIN et al (1994) 4

5 EFEITO DA PERMEABILIDADE Dados de partida K~ m.c.a. espessura~15cm Darcy: Vazão de água: ~(0,48cm 3 /hora)/m 2 Tempo do percurso: ~35 anos 5

6 PORQUE ENTÃO OS TÚNEIS VAZAM? 6

7 PAPEL DO CONCRETO PROJETADO NA IMPERMEABILIZAÇÃO O próprio concreto projetado proporciona certa impermeabilização. Em muitos túneis, ele é o único responsável por isso. A fissura faz o resto. É a base para qualquer sistema de impermeabilização. Quanto menos água passa pelo concreto projetado, menos se exige do sistema de impermeabilização. 7

8 O QUE TER EM MENTE? Não basta controlar a compacidade/resistência do concreto projetado: deve-se controlar fissuração. Quanto maior a exigência de resistência, maior é o consumo de finos e, consequentemente, maior o nível de retração/fissuração 8

9 O QUE TER EM MENTE? Túneis são obras contínuas e o concreto projetado retrai sempre: com boa aderência há restrição e fissura... 9

10 CUIDADOS NA ESPECIFICAÇÃO Não basta usar modelos do concreto convencional Exigências de desempenho devem ser compatíveis com a utilização Resistência não é sinônimo de desempenho Fibras podem ajudar quando bem especificadas 10

11 ALTERNATIVA PARA CONTROLAR FISSURAS: USO DE FIBRAS Concreto sem fibras P P Concreto com fibras Fissura Concentração de tensões P P Linha de tensão Matriz de concreto Fissura Menor concentração de tensões Fibra de aço 11

12 O QUE FOI FEITO NOS ÚLTIMOS TEMPOS? É impossível imaginar que algo evolua sem um esforço de P&D. Se alguma coisa foi feita e não se registrou, muito provavelmente vai se perder. A evolução é contínua: não podemos pensar em soluções baseadas apenas na experiência: o que eu já fiz e funcionou...

13 PROCURANDO NA PLATAFORMA LATTES... Em primeiro lugar aparece Danieli cujo último artigo foi publicado em 2002

14 SITUAÇÃO DIFÍCIL: POUCA EVOLUÇÃO PERTO DAS NECESSIDADES Apesar de esparsos, houve progressos: Publicação do novo fib Model Code Publicação de modelos de previsão de comportamento Melhor potencial de parametrização do material Alternativas de controle do concreto projetado com fibras.

15 SITUAÇÃO ATUAL DO CRF A evolução do CRF no Brasil está bem atrasada. Na Europa já há aplicações em lajes de edifícios unicamente reforçadas com fibras (DESTRÉE, 2009). Aqui ainda fazemos, principalmente, pavimentos e sem controle de qualidade adequado.

16 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DO CRF NO BRASIL Outros Préfabricados 4% 11% 2009 Préfabricados 3% 1 o Semestre de 2010 Outros 3% Concreto projetado 22% Pavimentos 63% Concreto projetado 20% Pavimentos 74%

17 DIFICULDADE: NORMAS OU FALTA DE... Primeiramente: não há normas brasileiras de projeto estrutural e controle de qualidade no Brasil focando o CRF Horizonte promissor: Novo Código Modelo fib Adoção do modelo pela ABECE (2013)

18 NOVO CÓDIGO MODELO FIB Baseado no trabalho: M. di Prisco, G. Plizzari, L. Vandewalle FIBER REINFORCED CONCRETE IN THE NEW FIB MODEL CODE. 3rd fib International Congress Comportamentos básicos do CRF

19 LEIS CONSTITUTIVAS PARA TRAÇÃO UNIAXIAL Para comportamento hardening ocorre a múltipla fissuração. A indicação da abertura de fissura não é necessária: faz-se a avaliação experimental direta em ensaio de tração axial, sem entalhe (dog-bone) para obter a relação σ-ε: Divide-se a deformação medida pelo braço de medida do extensômetro.

20 NOVO CÓDIGO MODELO FIB Alternativas de controle do CRF

21 NOVO CÓDIGO MODELO FIB Método básico de controle adotado EN (2007)

22 NOVO CÓDIGO MODELO FIB Comportamento básico e equações constitutivas.

23 NOVO CÓDIGO MODELO FIB Comportamento básico e equações constitutivas. a se 0.5 f R3k /f R1k 0.7 b se 0.7 f R3k /f R1k 0.9 f R1k /f Lk 0,4 f R3k /f R1k 0,5 c se 0.9 f R3k /f R1k 1.1 d se 1.1 f R3k /f R1k 1.3 e se 1.3 f R3k /f R1k

24 TAMBÉM PODE USAR LVDT APOIADOS EM YOKE Problema: dificuldade de realizar o ensaio com o concreto projetado.

25 GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR? No Brasil nós mal controlamos a resistência à compressão: Poucos laboratórios acreditados pelo INMETRO no Brasil (CARROMEU et al., em CBC IBRACON 2012) Falta de confiabilidade nas determinações com variação dos resultados entre laboratórios (MAGALHÃES et al., em CBC IBRACON 2013).

26 GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR? Tenacidade e comportamento pósfissuração é muito pior: P P P ΔL ΔL ΔL Não consegue com o JSCE-SF4:1984 (Guimarães e Figueiredo, 2002)

27 GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR? Ensaio Barcelona Modificado: Toaldo et al., 2013

28 Resistência residual - Barcelona (MPa) GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR? Ensaio Barcelona Modificado: 0,8 0,7 0,6 0,5 ELS_aco ELS_PP ELU_aco ELU_PP y = 0,40x R² = 0,80 y = 0,26x R² = 0,96 0,4 Toaldo et al., 2013 Monte et al., ,3 0,2 0,1 0 y = 0,26x R² = 0,76 y = 0,16x R² = 0,99 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Resistência residual - JSCE (MPa)

29 NOVAS ANÁLISES: Trabalho em desenvolvimento com César Luis Silva e Isaac Galobardes: Assessment of the sprayed concrete residual strength class using the Barcelona test

30 EQUAÇÕES CONSTITUTIVAS: APLICADAS EM TUBOS Ensaio Barcelona Modificado: Bons resultados em tubos (Monte et al., 2014)

31 EFNARC

32 ASTM C1550:2005

33 ABSORÇÃO DE ENERGIA Caráter totalmente empírico! Carga (kn) kg/m 3 Nível (EFNARC) A 500 B 700 C 1000 Energia absorvida (J) Energia (J) média Deflexão (mm) média Deflexão (mm)

34 ALTERNATIVA EFNARC (2011). É possível estabelecer conexão com EN14651 (2007)

35 COMO CONTROLAR A FISSURAÇÃO DO TÚNEL? Há como prever o comportamento em termos de fissuração? Há como avaliar qual é o consumo de fibras necessário para esse controle?

36 Como avaliar o padrão de fissuração? NUNES, N.L. Contribuição para a aplicação do concreto reforçado com fibras de aço em elementos de superfície restringidos p. Tese (Doutorado) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, Módulo de Elasticidade na iminência da fissuração Máxima abertura de fissura especificada Volume de fibras necessário E c ε sh 1 w L ε sh f(w) 2 V π d f 2 Deformação de retração na iminência da fissuração Comprimento do elemento Força média de arrancamento da fibra Características da fibra

37 Como avaliar o padrão de fissuração? CURVA ANALÍTICA Quantidade de fibras (kg/m³) FF F1 < FF F2 F1 F ,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 Abertura da fissura (mm) (NUNES, 2006)

38 Modulus of elasticity (GPa) COMO PARAMETRIZAR O CONCRETO PROJETADO? Importante contribuição de Galobardes et al., 2014 Resistência à compressão I II 20 Módulo de elasticidade Compressive strength (MPa) GALOBARDES, I., et al., Estimation of the modulus of elasticity for sprayed concrete. Construction & Building Materials. Vol February 2014, Pages

39 MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO Model Code 2010 Eurocode 2 Equations from the literature EHE-08 Model Code 2010 Eurocode 2 EHE-08 E cm E cm = E co α E f ck + f 10 E cm = E co α E f cm E cm,j = 9.5 f cm,j 3 E cm = α 8.5 f cm E cm,j E cm,j = exp s 1 28 t 0.5 E cm E cm,j = f cm,j f cm 0.3 E cm GALOBARDES et al., 2014

40 Modulus of elasticity (GPa) Modulus of elasticity (GPa) Modulus of elasticity (GPa) MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO Age: 1 d LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08 Model Code Age: 7 d LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08 Model Code Compressive strength (MPa) Age: 28 d 50 LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08 Model Code Compressive strength (MPa) Avaliação das equações existentes Compressive strength (MPa) Evaluation of fit Tendência se superestimação dos valores GALOBARDES et al., 2014

41 MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO Mathematical deduction Rebound Voigt s equation E = V a E a + V m E m Semi-analytical approach GALOBARDES et al., 2014 Considering: V a + V m = 1 V a = E E m E a E m Difference between the volumes of aggregate of conventional concrete (V a,c ) and sprayed concrete (V a,s ) is described as: 0 E s = E c 1 r + E m r E S E C = 1 r = γ r V a,s = V a,c 1 r Eurocode 2 EHE-08 E cm,j = γ p γ r f cm,j E cm,28 = γ p γ r f cm,28 E cm,j = f cm,j f cm, γ p γ r Ec,j

42 Modulus of elasticity (GPa) Experimental (GPa) Modulus of elasticity (GPa) Modulus of elasticity (GPa) MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO Age: 1 d Age: 7 d 50 LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE Compressive strength (MPa) Compressive strength (MPa) Age: 28 d 50 LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE Compressive strength (MPa) Semi-analytical approach Evaluation of fit R 2 Mod. Eurocode 2 = 0.98 R 2 Mod.EHE-08 = Estimation (MPa) GALOBARDES et al., 2014

43 Tensão A IMPORTÂNCIA DO MÓDULO DE ELASTICIDADE Considerando que E do concreto projetado é superestimado, deve-se avaliar as condições de tensão e fissuração dos projetos com mais cuidado. Material rígido Material flexível Deformação específica

44 A FIBRA FUNCIONA DE FATO? Projeto em andamento: Avaliação de alternativas de sistemas de reforço e caracterização de anéis segmentados de concreto para revestimento de túneis por TBM

45 A FIBRA FUNCIONA DE FATO? Convencional: melhor desempenho no ELU Sistema híbrido: melhor desempenho no ELS

46 PRECISA SE PREOCUPAR MESMO COM A PERMEABILIDADE DO PROJETADO? Se utilizar uma manta de impermeabilização há necessidade de controle de fissuração? A manta tem seus preços estruturais e custo... Decisão de engenharia envolve custo de concepção!

47 COMENTÁRIOS FINAIS Há que se reduzir custos globais das obras (execução, operação, manutenção, ambiental, etc.). Há que se investir em P&D. Mais importante ainda: transferir o conhecimento adquirido na pesquisa para a prática. Se quiserem, podem tentar me convencer de que já está tudo resolvido... Engenharia é desenvolvimento constante! 47

48 AGRADECIMENTOS Meus meninos : Nelson Nunes, Isaac Galobardes, César Luis Silva, Cristiana Guimarães, Renata Monte e Guilherme Toaldo Meu grande motivador: Dr. Pedro Boscov

49 OBRIGADO PELA ATENÇÃO! Antonio D. de Figueiredo Escola Politécnica da Universidade de São Paulo