SISTEMAS DE IMPERMEABILIZAÇÃO E DRENAGEM DE TÚNEIS: SUA CONSTITUIÇÃO E TIPOLOGIAS

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1 SISTEMAS DE IMPERMEABILIZAÇÃO E DRENAGEM DE TÚNEIS: SUA CONSTITUIÇÃO E TIPOLOGIAS João Justo, Eng.º Civil, Sotecnisol S.A., Mestre em Construção pelo Instituto Superior Técnico Maria da Graça Alfaro Lopes, Prof.ª Coordenadora, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Jorge de Brito, Prof. Associado c/ Agregação, Instituto Superior Técnico SUMÁRIO Neste artigo, é descrita a constituição dos sistemas de impermeabilização e drenagem associada (SImDA) de túneis e apresentada uma síntese das diferentes tipologias em função dos diversos processos construtivos adoptados neste tipo de obras subterrâneas. 1. INTRODUÇÃO Muito embora a construção de obras subterrâneas seja muito antiga, a preocupação efectiva com a sua impermeabilização é bastante mais recente. Até à década de 1960, a impermeabilização era conseguida através do betão estrutural e da aplicação de injecções de caldas impermeabilizantes, quando as infiltrações surgiam. Contudo, muitas vezes estas medidas não eram suficientes, tendo de se recorrer a soluções mais onerosas, que passavam em muitos casos pela captação e condução da água. Começaram então a surgir obras com sistemas de impermeabilização contínuo, utilizando-se para o feito geomembranas, de custo inicial pouco relevante (da ordem dos 2%), mas que se traduziam numa economia significativa em termos de custos globais, por contribuírem para uma maior durabilidade da obra ao longo da sua vida útil e para a longevidade em boas condições de funcionalidade. Em Portugal, só há cerca de uma década é que grande parte das obras subterrâneas é contemplada com um sistema de impermeabilização contínuo. Tendo em consideração que os conhecimentos sobre estes sistemas têm sido pouco divulgados, julgou-se oportuno neste artigo descrever a constituição destes sistemas e apresentar uma síntese das diferentes tipologias em função dos diversos processos construtivos. 2. O GRAU DE IMPERMEABILIZAÇÃO DE TÚNEIS O grau de impermeabilização de um túnel depende essencialmente do tipo de uso a que se destina. Por exemplo, os túneis de vias-férreas não têm que ser completamente estanques, podem permitir-se pequenas infiltrações desde que não causem danos graves no revestimento ou no sistema eléctrico, para não afectar a circulação dos comboios. As exigências de impermeabilização aumentam para os túneis rodoviários e ainda mais para alguns túneis hidráulicos, que têm de ser completamente impermeabilizados para evitar a fuga da água transportada. 3. CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS DE IMPERMEABILIZAÇÃO E DRENAGEM ASSOCIADA (SImDA) A constituição dos SImDA de túneis varia consoante o processo construtivo adoptado, ou seja, consoante o tipo e meio de escavação e o tipo de sustimento inicial. A título de exemplo,

2 apresenta-se na Fig. 1 a constituição esquemática do sistema de impermeabilização e drenagem de túneis efectuados a céu aberto (à esquerda) e em escavação (à direita). Fig. 1 - Constituição esquemática do SImDA de túneis efectuados a céu aberto (à esquerda) e em escavação (à direita) (adaptado de [2]) Como exemplificado, os SImDA são constituídos essencialmente por elementos de drenagem, impermeabilização e protecção (dos elementos de impermeabilização). Estes elementos são normalmente complementados com outros, que ajudam a melhorar o funcionamento do SImDA e a minimizar danos, tanto na fase de instalação como de serviço. Entre eles, referem-se as juntas de compartimentação (para confinar danos ou patologias e, consequentemente, a sua reparação), as juntas de remate, as juntas de dilatação, os tubos de injecção (para injecção de caldas ou resinas de impermeabilização), os drenos pontuais, as peças de suspensão de armaduras e outros remates. 4. TIPOLOGIAS DOS SImDA Como já foi referido, a constituição dos SIMDA de túneis varia não só com o tipo e meios de escavação mas também com o tipo de sustimento inicial. No Quadro 1, são apresentados em síntese os tipos de SIMDA, em função dos factores atrás referidos Tipo T-I Este tipo de sistema, cuja constituição está exemplificada na Fig. 2, é recomendado para a SImDA de túneis executados a céu aberto e sempre que a obra esteja implantada acima do nível freático. Os materiais que compõem este tipo de sistema podem mudar consoante a obra se encontre implantada na zona gravitacional ou na zona capilar. Caso a obra se encontre na zona capilar, poderão ainda ser necessários cuidados específicos nos remates dos vários elementos do SImDA com as redes de drenagem do túnel. Caso este sistema seja executado com geomembrana de PVC ou de polietileno, esta pode ser opaca simples, opaca com camada de sinal (para detecção de danos mecânicos) ou translúcida, conforme se exemplifica na Fig. 3.

3 Obra Túneis Tipo de escavação A céu aberto Escavação Quadro 1 - Tipos de SImDA em função do processo construtivo [1] Total Parcial Processo construtivo Meio de escavação Meios vários única por TBM explosivos roçadora meios vários explosivos roçadora meios vários Método de escavação e sustimento Escavação prévia Tradicional ou NATM NATM NATM Elementos do sustimento inicial --- Localização SImDA Superfície de contacto + AR Tipo Tipo T-I --- Fundações + AR Tipo F BPR Tipo T-II Soleira + AR Tipo T-III Aduelas de Toda a Aduelas de BAP envolvente BAP Tipo T-IV PRG - Rocha --- BPR Tipo T-V Soleira BPR Tipo T-VI BPR Tipo T-II Soleira BPR Tipo T-III CAM + BPS BPR Tipo T-V Soleira BPR Tipo T-VI Abóbada BPR Tipo T-V CAM + BPS Hasteais BPR Tipo T-V CAM + BPS Soleira BPR Tipo T-VI Legenda: AR - Argamassa de regularização sobre eventual camada de forma; BAP - Betão armado prefabricado; - Betão armado moldado; BPR - Betão projectado de regularização (com ou sem armadura); BPS - Betão projectado de sustimento (com ou sem armadura); CAM - Cambotas; NATM - New Austrian Tunneling Method; PRG - Pregagens; TBM - tunnel boring machine (um dos tipos de escavação usando meios mecânicos). Para além das geomembranas sintéticas, é importante referir que as geomembranas betuminosas poliméricas também podem ser utilizadas, por exemplo em obras a céu aberto, em que existam condições para sua correcta instalação (superfícies de contacto sem macro-rugosidades e planas).

4 a camada de sinal b sapata 2 - dreno longitudinal lateral 3 - betão estrutural 4 - geotêxtil de protecção ( µ 300 g/m 2 ) 5 - geomembrana sintética 6 - geocompósito drenante 7 - geotêxtil de protecção, drenagem e filtração 8 - solo de aterro 9 - betão estrutural da laje 10 - camada de regularização da laje c Fig. 2 - Constituição esquemática de um SImDA de tipo T-I [1] 4.2. Tipo T-II Fig. 3 - Exemplos de geomembranas de PVC ou de polietileno opacas com camada de sinal (a), opacas simples (b), e translúcidas (c) [1] Este tipo de sistema, cuja constituição está exemplificada na Fig. 4, é recomendado para a impermeabilização e drenagem associada de e abóbada de túneis executados em escavação total por TBM ou roçadora, sempre que a obra esteja implantada acima do nível freático. Contudo, os materiais que compõem este tipo de sistema podem mudar consoante a obra se encontre implantada na zona gravitacional ou na zona capilar. Caso a obra se encontre na zona capilar, poderão ser necessários cuidados específicos nas zonas de remate dos vários elementos do SImDA com as redes de drenagem do túnel. Caso este sistema seja executado com geomembrana de PVC ou de polietileno, esta pode ser opaca simples, opaca com camada de sinal ou translúcida, tal como no sistema anterior Tipo T-III Este tipo de sistema, cuja constituição está exemplificada na Fig. 5, é recomendado para a impermeabilização e drenagem associada de soleiras de túneis executados em escavação total por TBM ou roçadora. Este sistema complementa o sistema tipo T-II e a sua utilização só faz sentido se a obra estiver implantada abaixo do nível freático ou acima deste, na zona capilar, por exemplo, quando há a possibilidade de formação de gelo no pavimento. A geomembrana a utilizar na soleira tem de ser compatível com a geomembrana empregue nos

5 , para que se possa efectuar uma ligação (termossoldadura) adequada entre ambas. Contudo, a espessura da geomembrana a utilizar na soleira é habitualmente superior à da geomembrana dos, para melhor suportar as agressões mecânicas a que pode ficar sujeita, durante a sua instalação e no decurso da execução dos trabalhos subsequentes. São recomendáveis espessuras nunca inferiores a 2 mm sapata 2 - dreno transversal (bueiro) 3 - dreno longitudinal lateral 4 - betão estrutural 5 - geotêxtil de protecção 6 - geomembrana sintética 7 - geotêxtil de protecção ( µ 500 g/m 2 ) 8 - geocompósito drenante 9 - betão projectado 10 - terreno de escavação Fig. 4 - Constituição esquemática de um SImDA de tipo T-II [1] 1 - terreno de escavação 2 - betão projectado 3 - colector principal 4 - drenagem geral da soleira 5 - dispositivos de inspecção/injecção 6 - dispositivos de controlo 7 - geocompósito drenante 8 - geomembrana 9 - dreno de águas de pavimento 10, 11 - betão estrutural 12 - geotêxtil ( µ 300 g/m 2 ) 13 - protecção pesada Fig. 5 - Constituição esquemática de um SImDA de tipo T-III [1] Em situações de correcta preparação da superfície de contacto com o SImDA (betão armado moldado e regularização com argamassas tradicionais), pode ser utilizada geomembrana armada Tipo T-IV Este tipo de SImDA resulta da conjugação dos tipos de impermeabilização e drenagem associada T-II e T-III.

6 4.5. Tipo T-V Este tipo de sistema é em tudo idêntico ao sistema T-II, sendo apenas superiores as massas surfácicas (gramagens) dos geotêxteis e/ou as espessuras das geomembranas, devido à maior quantidade de água a drenar e à menor regularidade e textura mais agressiva das superfícies de contacto com o SImDA. Este tipo de sistema é recomendado para a impermeabilização e drenagem associada de e abóbada de túneis executados em escavação total ou parcial: faseada por explosivos ou faseada por meios vários, sempre que a obra esteja implantada acima do nível freático e de preferência na zona gravitacional Tipo T-VI Este tipo de sistema é em tudo idêntico ao sistema T-III, sendo apenas superiores as massas surfácicas (gramagens) dos geotêxteis e/ou as espessuras das geomembranas, devido à maior quantidade de água a drenar e menor regularidade e textura mais agressiva das superfícies de contacto com o SImDA. Este tipo de sistema é recomendado para a impermeabilização e drenagem associada de soleiras de túneis executados em escavação total ou parcial: faseada por explosivos ou faseada por meios vários. Complementa o sistema T-V e a sua utilização só faz sentido se a obra estiver implantada abaixo do nível freático ou acima deste, na zona capilar, por exemplo, quando ocorra a possibilidade de formação de gelo nos pavimentos Tipo F Este tipo de sistema, cuja constituição está exemplificada na Fig. 6, é recomendado para a impermeabilização e drenagem associada de fundações de túneis executados a céu aberto. 1 - massame 2 - geotêxtil ( µ 300 g/m 2 ) 3 - geocompósito drenante (opcional) 4 - geomembrana 5 - geotêxtil ( µ 300 g/m 2 ) 6 - betão estrutural Fig. 6 - Constituição esquemática de um SImDA de tipo F [1] Só faz sentido a sua utilização se a obra estiver implantada abaixo do nível freático ou acima deste, na zona capilar, se for exigido um grau de impermeabilização elevado.

7 A espessura da geomembrana utilizada neste tipo de sistema não deve ser inferior a 2 mm, recomendando-se, em algumas situações 3 mm. Caso este sistema seja executado com geomembrana de PVC, esta pode ser opaca simples, opaca com camada de sinal ou translúcida. Em situações correntes de preparação da superfície de contacto com o SImDA (betão armado moldado talochado), pode ser utilizada geomembrana armada. 5. CONCLUSÕES Neste artigo, pretendeu-se mostrar que o tipo de SImDA é extremamente dependente do processo construtivo (tipo de escavação, meios de escavação, tipo de sustimento e material empregue no sustimento) do túnel, grau de impermeabilização pretendido e superfície de contacto. Assim sendo, os SImDA podem ser muito diversos, para além de bastar a permuta de um material por um outro, ainda que com funções semelhantes mas de características ligeiramente distintas, para que o sistema também se altere. Conclui-se ainda que as geomembranas sintéticas podem, regra geral, ser aplicadas em túneis efectuados por escavação ou a céu aberto, enquanto que as geomembranas betuminosas poliméricas se aplicam apenas em obras executadas a céu aberto e, dentro destas, a um número limitado, nomeadamente em obras de dimensões reduzidas (estações de Metro). 6. REFERÊNCIAS [1] Justo, João Lourenço Obras subterrâneas: impermeabilização e drenagem associada. Dissertação de Mestrado em Construção, IST (2004). [2] Brummermann, K. e. Schlütter, A. New German Recommendations for Geomembrane Sealing Systems in Tunnel Construction, Third European Geosynthetics Conference, Munich, Germany (2004).