COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXX SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU - PR - 11 A 13 DE MAIO DE 2015 TRATAMENTO DE INFILTRAÇÕES E SELAMENTO ESTRUTURAL DE FISSURAS COM OS SISTEMAS DE INJEÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO DE BARRAGENS E USINAS HIDRELÉTRICAS Carla Castro DE PAULA Engenheira Civil - Pires Giovanetti Guardia Waldomiro ALMEIDA JUNIOR Consultor Técnico-Comercial - Pires Giovanetti Guardia Carlos Eduardo Maturano SANTORO Diretor - Pires Giovanetti Guardia José Nicolau Gobbo GIOVANETTI Diretor - Pires Giovanetti Guardia RESUMO O presente trabalho tem por finalidade apresentar os serviços de injeções químicas em estruturas de concreto de usinas hidrelétricas, visando à recomposição da estanqueidade e o consequente aumento dos padrões de funcionalidade e durabilidade das estruturas. Quando falamos em obras hidráulicas, especialmente as usinas hidrelétricas, nas quais existem envolvidos grandes volumes de água com pressão a montante, principalmente, e a jusante, somadas à incidência de águas pluviais, há sempre a necessidade de se garantir a estanqueidade e manter isentos de infiltrações de água e umidade os ambientes internos das usinas. Diversas causas contribuem para o surgimento de fissuras nas estruturas de concreto possibilitando assim o surgimento de infiltrações nas estruturas de concreto de usinas hidrelétricas, as quais, dependendo de algumas condições críticas, podem acarretar danos severos à estrutura podendo assim comprometer a vida útil da estrutura. Serão apresentados os sistemas de injeção disponíveis no mercado e a técnica correta da sua aplicação, Os sistemas apresentados são: injeções de resinas de poliuretano, resinas acrílicas, calda de microcimento ultrafino; resinas epoxídicas de baixíssima viscosidade e insensíveis à água e resinas de poliuretanos rígidos. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 1
COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXX SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU - PR - 11 A 13 DE MAIO DE 2015 ABSTRACT This paper aims to present the chemical injections services in concrete structures of hydroelectric plants, seeking restoration of tightness and the consequent increase in functionality standards and durability of structures. When we talk about water works, especially hydroelectric plants, in which there are large volumes of water involved with upstream pressure mainly and downstream, together with the incidence of rainwater, there is always the need to ensure the tightness and maintain free water infiltration and moisture internal environment of the plants. Several causes contribute to the appearance of cracks in concrete structures thus enabling the emergence of infiltration of the hydroelectric plant concrete structures, which according to some critical conditions, can cause severe damage to the structure and thus can compromise the life of the structure. The injection systems will be presented on the market and the correct technique of its application, which requires adequate equipment, experience and expertise for the treatment success guarantee, demonstrating its effectiveness in controlling infiltration and ensuring the recovery of leaks in concrete structures. The systems presented are: injection of polyurethane resins, acrylic resins, microcement ultrafine syrup; epoxy resins of very low viscosity and insensitive to water and rigid polyurethane resins. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 2
1. INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho é o de apresentar o tratamento de infiltrações e o selamento estrutural de fissuras e trincas em estruturas de concreto de usinas hidrelétricas e barragens com a utilização dos sistemas de injeção com resinas químicas. Esses sistemas que são considerados atualmente como as melhores soluções para recomposição da estanqueidade e reconstituição da monoliticidade e capacidade resistente das estruturas de concreto, inclusive para o estancamento de água com elevadas pressões e vazões, problemas que ocorrem com bastante frequência em estruturas de concreto de barragens e usinas hidrelétricas. Abordaremos todos os produtos de injeção atualmente empregados em estruturas de concreto para a solução de diversos problemas. O bom desempenho e a sanidade das estruturas hidráulicas de concreto, no âmbito da área de geração de energia hidrelétrica, são de suma importância para garantir uma geração de energia permanente e contínua, e o emprego dos sistemas de injeção está obrigatoriamente inserido neste contexto. 2. CONCEITO DE INJEÇÃO DE RESINAS O sistema de injeção de resinas flexíveis e estruturais é empregado em obras de concreto armado no Brasil há aproximadamente 25 anos. Sua aplicação se dá principalmente em obras hidráulicas, visando o tratamento das infiltrações através de fissuras e juntas (dilatação e concretagem) e a recomposição do monolitismo da estrutura. O tratamento com injeções de resinas para recomposição da estanqueidade, assunto principal deste trabalho, faz-se necessário ao se promover o estancamento das infiltrações e impedir consequentemente a livre passagem da água através da estrutura de concreto, garantindo os padrões de durabilidade, funcionalidade e protegendo da umidade os ambientes internos. O selamento das fissuras é fundamental não somente para impedir a passagem da água, mas também que agentes agressivos ao concreto possam penetrar na estrutura e provocar a degradação do mesmo. São vários os problemas encontrados que resumidamente prejudicam a ocupação e utilização do espaço, danificam instalações e causam desconforto ao usuário e podem ser prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Nas últimas décadas, a preocupação com a durabilidade das estruturas de concreto tem se tornado um tema bastante discutido. Várias pesquisas, simpósios, publicações periódicas e livros têm como assuntos as patologias e as metodologias de reparo e proteção das estruturas de concreto. 3. DEFINIÇÃO DE INJEÇÃO E PRODUTOS INJETÁVEIS A injeção de resinas pode ser definida como um conjunto de sistemas injetáveis flexíveis ou rígidos que tem por finalidade reconstituir a estanqueidade e/ou a monoloticidade das estruturas de concreto. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 3
Principais produtos para injeção: - Poliuretano flexível; - Poliuretano Rígido; - Epóxi; - Gel Acrílico; - Microcimento (cimentício). As injeções sempre são aconselhadas tecnicamente quando encontramos no concreto fissuras das mais diversas origens e juntas (dilatação ou concretagem), principalmente, que apresentam falhas de funcionamento e permeabilidade à água ou a presença de outros elementos contaminantes à estrutura. A resina por possuir viscosidade mais baixa permite à penetração na estrutura, dessa forma selando a mesma e não permitindo a entrada de elementos contaminantes. Os sistemas de injeções podem ser divididos em rígidos e flexíveis e os mesmos apresentam características distintas que podem ser utilizados de acordo com a manifestação patológica apresentada. Recomposição estrutural: O tratamento estrutural visa recompor as condições iniciais de suporte da estrutura e dos esforços resistentes do concreto estrutural. Para que a estrutura volte a ser monolítica, é necessária a injeção de materiais de altas resistências mecânicas nas fissuras das peças. Esses materiais são rígidos e, portanto, não podem ser aplicados em fissuras ativas. Resinas à base de epóxi, poliuretano rígido e microcimento são os materiais disponíveis atualmente para essa finalidade. Impermeabilização e Selamento de Fissuras: A impermeabilização visa tornar estanques as estruturas com vazamentos ou infiltrações por fissuras e juntas de movimentação. Os sistemas mais usados são à base de poliuretano hidroativado e gel de poliuretano. Um avanço mais recente são as injeções à base de gel acrílico, também conhecida como hidroestruturados, que forma uma membrana flexível, em pouco tempo devido ao rápido tempo de reação, impermeabilizando estruturas abaixo do lençol freático. Em casos de grandes vazões e elevadas pressões através de orifícios maiores os poliuretanos rígidos têm apresentado sucesso no estancamento das infiltrações. 3.1 SISTEMAS RÍGIDOS Para os sistemas rígidos possuímos as seguintes classificações de materiais: - Resina Epóxi; XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 4
- Resina de Poliuretano Rígido; - Microcimento. A opção de utilização de sistemas rígidos deverá ser feita quando a origem da fissura for estrutural, nesse caso optamos por materiais que depois de endurecido possam transferir os esforços solicitantes da estrutura, sejam de cisalhamento, torção ou compressão visando manter a estabilidade da peça estrutural restaurando a sua capacidade inicial. As características principais das resinas apresentadas acima são as seguintes: - Resina Epóxi: As resinas epoxídicas para injeção de fissuras devem apresentar baixa viscosidade e ser isentas de solvente. As principais características são: - Rígidas: devem ser aplicadas em fissuras passivas; - Altas resistências mecânicas à compressão, à tração e cisalhamento; - Baixa viscosidade: penetram em fissuras _ 0,1mm; - Isentas de solvente: tem estabilidade volumétrica após a cura; - Excelente aderência ao substrato de concreto: hoje há resina para fissura com umidade; - Grande durabilidade: superam 100 anos em estruturas de concreto. As propriedades são especificadas em várias regulamentações como a EN 1504 Parte 5. TABELA 1: Características das Resinas Epóxicas - Microcimento: Os recentes desenvolvimentos na produção de microcimentos modificados através da combinação com partículas finas, materiais orgânicos, e aditivos têm tornado possível suspensões cimentíceas com viscosidade reduzida e a melhora da penetrabilidade como um material de preenchimento em fissuras de concreto. As principais características são: - Rígidos: devem ser aplicadas em fissuras passivas; - Altas resistências mecânicas à compressão; XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 5
- Módulo de deformação é compatível com o do concreto; - Baixa viscosidade: penetram em fissuras > 0,2 mm; - Excelente aderência ao substrato de concreto mesmo com umidade; - Grande durabilidade; - Promovem uma proteção alcalina às armaduras. TABELA 2: Características dos Microcimentos - Poliuretano Rígido: As resinas de poliuretano rígido para injeção em fissuras devem apresentar baixa viscosidade, ser isentas de solvente e apresentar alto desempenho para o tratamento estrutural mesmo em presença de água. As principais características são: - Rígidas: devem ser aplicadas em fissuras passivas; - Altas resistências mecânicas à compressão, à tração e cisalhamento; - Baixa viscosidade: penetram em fissuras _ 0,2mm; - Isentas de solvente: tem estabilidade volumétrica após a cura; - Expande ao entrar em contato com a água; - Excelente aderência ao substrato de concreto mesmo estando úmido; - Grande durabilidade: superam 100 anos em estruturas de concreto; - Disponível em versão para aplicação subaquática. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 6
TABELA 3: Características dos Poliuretanos Rígidos TABELA 4: Aditivos Especiais 3.2 SISTEMAS FLEXÍVEIS Para os sistemas flexíveis existem as seguintes classificações de materiais: - Resina de Poliuretano; - Resina de Gel Acrílico. Os sistemas flexíveis são utilizados quando necessitamos de selamento das fissuras e juntas (dilatação ou concretagem) e impermeabilização das estruturas. As características principais das resinas apresentadas acima são as seguintes: - Resina de Poliuretano: As resinas de poliuretano para injeção de fissuras devem apresentar baixa viscosidade e ser isentas de solvente. Para reduzir temporariamente o fluxo d água sob pressão, as espumas de poliuretano devem ser injetadas antes da injeção do gel de poliuretano, as quais têm um curto tempo de reação ao entrar em contato com a água, formando uma espuma de células abertas, com grande aumento de volume. As principais características são: - Flexibilidade: podem ser aplicadas em fissuras passivas e ativas; - Baixa viscosidade: penetram em fissuras > 0,1mm; XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 7
- Isentas de solvente: tem estabilidade volumétrica após a cura; - Excelente aderência ao substrato de concreto, mesmo com fluxo d água; - Grande durabilidade: superam 100 anos em estruturas de concreto. TABELA 5: Características das Resinas de Poliuretano Flexível - Resina de Gel Acrílico: O gel acrílico deve apresentar baixa viscosidade para a boa injetabilidade, controle de reação para se espalhar por detrás da estrutura e percolar na interface rocha/concreto e solo/concreto. As principais características são: - Flexibilidade: podem ser aplicados para formar uma membrana impermeabilizante atrás da estrutura; - Baixa viscosidade: percola com extrema facilidade no solo; - Hidroestruturada: podem ser aplicados mesmo contra fluxo d água; - Excelente aderência ao substrato de concreto, mesmo com fluxo d água; - Grande durabilidade: superam 100 anos em estruturas de concreto. TABELA 6: Características das Resinas Acrílicas 4. APRESENTAÇÃO DE APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE INJEÇÃO Na sequência descreveremos algumas obras em barragens onde foram utilizados com sucesso os sistemas de injeção flexíveis citados acima. 4.1 RESINA DE GEL ACRÍLICO EM JUNTA DE DILATAÇÃO XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 8
No caso a ser apresentado às juntas de dilatação localizadas na laje da Bacia dos Transformadores da Casa de Força de uma grande usina hidrelétrica apresentavam vazamentos de águas pluviais para o interior da estrutura. A laje primária apresentava a sobreposição de proteção mecânica armada do sistema impermeabilizante com espessura aproximada de 30,00 cm e o sistema de impermeabilização utilizado originalmente foi à manta de borracha de EPDM. O que provavelmente pode ter ocorrido é que, aliado à deterioração natural do material ao longo do tempo, ocorreram falhas na instalação dos arremates da manta sobre as juntas de dilatação, permitindo assim a passagem de água para o interior dos ambientes internos imediatamente abaixo (galerias eletromecânicas, salas de equipamentos elétricos, oficinas, piso das máquinas, etc). O tratamento utilizado para as juntas de dilatação foi realizado da seguinte forma: - Aplicação de resina de gel acrílico em toda a junta, conforme figura 1; FIGURA 1: Aplicação da Resina de Gel Acrílico na Junta de Dilatação - Após a cura do material, a impermeabilização e a proteção mecânica da junta de dilatação foi recomposta de acordo com as características originais. 4.2 RESINAS DE POLIURETANO XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 9
No caso a ser exposto, o Conduto Forçado de concreto apresentava um quadro de fissuramento elevado e, para o controle das infiltrações, foi utilizado o sistema de injeção de resina de poliuretano flexível. O tratamento utilizado para as juntas de dilatação foi realizado da seguinte forma: - Perfuração da estrutura para instalação de bicos de injeção conforme figuras 2 a 8; FIGURA 2: Junta com Fluxo de Água FIGURA 3: Perfuração para Instalação dos Bicos FIGURA 4: Perfuração para Instalação dos Bicos XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 10
FIGURA 5: Vista geral do Conduto com Infiltração FIGURA 6: Bicos Instalados para Posterior Execução de Injeção FIGURA 7: Perfuração para Instalação de Bico de Injeção XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 11
FIGURA 8: Bicos Instalados para Posterior Aplicação de Resina Aplicação da resina de injeção conforme figuras 9 a 15: FIGURA 9: Aplicação da Resina de Poliuretano XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 12
FIGURA 10: Aplicação da Resina de Poliuretano FIGURA 11: Aplicação da Resina de Poliuretano FIGURA 12: Aplicação da Resina de Poliuretano XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 13
FIGURA 13: Aplicação da Resina de Poliuretano FIGURA 14: Aplicação da Resina de Poliuretano FIGURA 15: Aplicação da Resina de Poliuretano XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 14
5. CONCLUSÕES Os altos investimentos na construção de usinas hidrelétricas têm que obrigatoriamente ter a contrapartida nos quesitos de qualidade, funcionalidade e durabilidade. Deverá ser garantida a geração de energia com o menor custo possível sem abrir mão da qualidade do empreendimento. É sabido pelo meio técnico que as estruturas hidráulicas de concreto de barragens são projetadas para durar no mínimo 100 anos. Todavia, apesar de todos os avanços tecnológicos nas últimas três décadas, ainda ocorrem problemas relativos às estruturas de concreto tanto de usinas hidrelétricas em construção quanto em operação, que necessitam de intervenções corretivas, destacando-se os tratamentos de infiltrações, as quais se forem implementadas dentro do tempo ideal e com o emprego correto das soluções técnicas as estruturas têm durabilidade ilimitada. Vindo ao encontro de itens de extrema importância como a estanqueidade e a durabilidade das estruturas de concreto de obras hidráulicas é que se inserem neste contexto os sistemas de injeções, que são ferramentas obrigatórias para a solução de problemas relacionados com as estruturas de concreto, tanto para o estancamento de infiltrações, selamento de fissuras, preenchimento de vazios e recomposição estrutural. As soluções com injeções são consagradas em aplicações em inúmeras obras ao redor do mundo há mais de 45 anos, por causa principalmente de sua eficácia e pelo menor grau de interferência nas estruturas de concreto, permitindo trabalhos sem causar grandes impactos. O sucesso comprovado dos sistemas de injeções nos permite indicar o seu emprego na quase esmagadora totalidade dos problemas nas estruturas de concreto de obras hidráulicas. A busca contínua da manutenção da integridade, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto deve sempre contemplar o uso de injeções flexíveis e estruturais. Para a adoção do sistema de injeção mais apropriado devem-se conhecer as condições das estruturas, tais como extensão e abertura de fissuras, se estas são secas ou úmidas, passantes ou superficiais, níveis de pressões e volumes de água infiltrada, se há a necessidade de se recompor a estrutura e consultar toda a documentação técnica disponível. Igualmente importante é o estudo prévio para determinação dos locais onde serão executados os furos e instalados os bicos injetores, bem como o uso de equipamentos e acessórios adequados. O serviço de injeção deverá ser sempre executado por uma empresa especializada que tenha larga experiência e apta para garantia do sucesso da solução. 6. PALAVRAS-CHAVE: Injeção, Estanqueidade, Durabilidade, Infiltrações, Usina Hidrelétrica XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 15
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] PIRES & GIOVANETTI GUARDIA ENGENHARIA Recuperação de Estruturas. Disponível em: <http:// www.pires.com/ >. Acesso em: 03 abr. 2012; [2] PIRES & GIOVANETTI GUARDIA ENGENHARIA Relatórios Técnicos sobre Serviços em Obras Hidráulicas não publicados; [3] PIRES & GIOVANETTI GUARDIA ENGENHARIA Procedimentos Técnicos sobre Injeções em Estruturas de Concreto não publicado; [4] ALMEIDA JUNIOR,W; CASTRO DE PAULA, C.; GOBBO GIOVANETTI, J.N.; MATURANO SANTORO, C.E Serviços de Impermeabilização e Recomposição da Estanqueidade com Utilização de Sistemas de Injeção em Estruturas de Concreto de Usinas Hidrelétricas, Anais do 56º Congresso Brasileiro do Concreto, Natal-RN, IBRACON, 2014; [5] ALMEIDA JUNIOR, W. ; MINORU TAKAGI, E. Estanqueidade e Durabilidade das Estruturas de Concreto de Obras Hidráulicas Garantidas Através de Injeções de Resinas de Poliuretano Flexível, Poliuretano Estrutural e Géis de Acrílico, Anais do 52º Congresso Brasileiro do Concreto, Fortaleza-CE, IBRACON, 2010; [6] ALMEIDA JUNIOR, W. Sistemas de Injeção para Estancamento de Infiltrações e Recomposição Estrutural das Estruturas de Concreto das Usinas Hidrelétricas, Anais do VI Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas. Belo Horizonte, CBDB, 2008; [7] ALMEIDA JUNIOR,W; TAKAGI MINORU, E; CASTRO DE PAULA, C.; GOBBO GIOVANETTI, J.N.; MATURANO SANTORO, C.E Tecnologias de Injeção em Concreto: estado da arte e aplicações, Anais do 49º Congresso Brasileiro do Concreto, Bento Gonçalves-RS, IBRACON, 2007; [8] ALMEIDA JUNIOR, W.; MINORU TAKAGI, E Injeções Flexíveis para Selamento Definitivo das Infiltrações das Estruturas de Concreto das Usinas Hidrelétricas, Anais do XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens. Goiânia, CBDB, 2005. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 16