Seminário Infratúneis construção, gestão de riscos, novas tecnologias Inovações na impermeabilização na construção de túneis mecanismos práticos e métodos especiais para casos específicos Eng. Marco Aurélio Abreu Peixoto da Silva, M. Sc. 06/09/2012
Tópicos abordados Razões de impermeabilizar Conceitos básicos Tecnologia do concreto projetado Tecnologia da geomembrana polimérica Tecnologia da membrana projetada Pré grouting Túneis executados com máquinas tuneladoras Estudo de caso: Estação Vila Prudente da Linha 2 Verde do Metrô de São Paulo
Razões de impermeabilizar Água no maciço geológico; O concreto possui poros: Retração durante a secagem Restrição de movimentação Extensos panos de projeção.
Razões de impermeabilizar
Conceitos básicos Objetivo: minimizar manutenção e ações corretivas no sistema e reduzir transtornos aos usuários. Impermeabilização ou drenagem? (Sistema Submarino x Sistema Guarda Chuva) X
Estanqueidade segundo a SIA 272 / SIA 197 CLASSE 1 CLASSE 2 CLASSE 3 CLASSE 4 Completamente seco Nenhuma umidade no túnel é permitida Salas com ar purificado Salas com equipamentos de energia Estações de metrô 0 Seco a levemente úmido Falhas de estanqueidade isoladas são permitidas Nenhum gotejamento é permitido Túneis em rodovias expressas Túneis ferroviários* e metroviários** Estacionamentos 0 a 0,1 (l / m² /dia) VAZÕES DE INFILTRAÇÃO Úmido Partes úmidas em áreas limitadas e partes com gotejamentos isolados são permitidas Túneis ferroviários e metroviários 0,1 a 0,5 (l / m² /dia) Úmido a molhado Umidade e gotejamento permitidos Túneis coletores de esgoto Túneis de captação de águas pluviais 0,5 a 1,0 (l / m² /dia)
Critério de impermeabilização segundo Especificação Técnica do Metrô SP ÁGUA NO MACIÇO Pouco agressiva ao Concreto (CETESB L1.007/88) Agressiva ao Concreto (CETESB L1.007/88) MACIÇOS PERMEÁVEIS 2 MACIÇOS DE BAIXA PERMEABILIDADE 1 Água de infiltração (sem pressão) 3 Água com pressão 4 Sistema aberto com / sem geomembrana ( guarda chuva ) Sistema com geomembrana ou GCL aberto ( guarda chuva ) Sistema com geomembrana ou GCL selado ( submarino ) Sistema com geomembrana selado ( submarino ) (1) Maciços de baixa permeabilidade: toda a seção do túnel mais a área anelar situada a 1,5 metros do extradorso do túnel deverão estar situados em maciço argiloso, homogêneo, sem fraturas e com coeficiente de permeabilidade (k) inferior a 1 x 10 7. Qualquer elemento construtivo do túnel (estacas, tirantes, tratamentos, etc.) não poderá ligar o túnel e a área anelar a outros estratos do maciço que sejam permeáveis. (2) Maciços permeáveis: túneis localizados nos maciços que não atendam ao observado na nota (1) (3) Água de infiltração (sem pressão): o nível d água (nível piezométrico + 2 metros) deverá estar abaixo da cota situada a 1,0 metro acima do topo do boleto mais baixo ou quando a pressão piezométrica for igual a pressão atmosférica. (4) Água com pressão: nível d água (nível piezométrico + 2 metros) deverá estar igual ou acima da cota situada a 1,0 metro acima do topo do boleto mais baixo.
Proposta de tratamento: Takagi et.al. (2012)
Impermeabilização para túneis e poços com suporte em concreto projetado: Concreto projetado Drenagem do revestimento primário Geomembrana polimérica / Membrana plástica Concreto armado moldado in loco Injeções Outros
Concreto projetado e impermeabilização Porosidade associada à compactação do material ([1]) A compactação do material não obedece aos princípios básicos dos concretos convencionais ([2] e [4]) Relação água/ cimento Compactação pelo processo de projeção ([1]) Direção de projeção Energia cinética associada Distância de projeção Aditivos aceleradores de pega e endurecimento ([1])
Concreto projetado e impermeabilização Concreto via seca: Compactação dada pelo volume de pasta incorporado ([2]); Até um ponto, o aumento do volume de água melhora o preenchimento dos vazios. A partir deste, a porosidade é regulada pela própria relação água/ cimento ([2]); Concreto de reologia seca com ponto ótimo de umidificação para máxima compactação e resistência mecânica ([4]). O ponto ótimo (a maior durabilidade associado ao melhor desempenho) não está vinculado a uma relação água/ cimento máxima exigível ([1]); Menos mecanizada e mais susceptível às variações do processo de projeção (maior dispersão estatística da qualidade final)
Concreto projetado e impermeabilização Concreto via úmida: Vínculo entre porosidade do concreto e sua relação água/ cimento. Quanto menor a relação água/cimento, menor será a porosidade do material. Máxima relação água/ cimento deve ser especificada ([4]); Concreto usinado: maior controle tecnológico (menor dispersão estatística da qualidade do concreto)
Concreto projetado e impermeabilização Adições e aditivos Sílica ativa, metaculim (máximo de 8% em massa do cimento) Outros: filler e pozolana Superplastificantes (reduzem o fator a/c) Polímeros acrílicos: dosagem máxima conforme estudos Consumo de cimento Consumos altos melhoram a trabalhabilidade mas aumentam a retração do concreto e custo
Concreto projetado segundo o Metrô SP Cimento Portland resistente à sulfatos (NBR 5737) Resistência média (f cm, NBR 5739): > 30 Mpa Relação água/ cimento: < 0,55 Absorção de água por imersão e fervura (NBR 9778): < 8% Penetração de água sob pressão (NBR 10787): < 50 mm Consumo de cimento: 300 kg/m³ < C < 500 kg/m³
Geomembrana polimérica Diversidade de polímeros (PVC, PEAD, PEBDL, GCL ); Maior conhecimento das propriedades físicas e mecânicas dos materiais; Maior experiência no mercado nacional (Linha 2, Linha 4 e Linha 5 do Metrô SP); Não sensível à presença de umidade no revestimento do túnel durante a aplicação.
Geomembrana polimérica Separação entre suporte e revestimento secundário (não monoliticidade do revestimento); Maior seção de escavação e maiores consumos de material por metro de túnel; Aplicação mais complexa e demorada (25 m²/h); Maior exigência de detalhes e cuidados construtivos para um maior sucesso da aplicação do material: (solda dupla; geotêxtil; Geodreno; Water bar ; trumpets ; etc...)
Geomembrana polimérica Sistema Submarino Suporte da Escavação Revestimento Final Geotêxtil não tecido Geomembrana polimérica Compartimentador Water-bar
Geomembrana polimérica Sistema Guarda chuva Geomembrana polimérica Suporte da Escavação Revestimento Final Geotêxtil não tecido Geodreno Compartimentador Water-bar
Geomembrana polimérica Geotêxtil Mangueira de injeção Trumpet Water bar Suporte Geomembrana Cortesia Sika
Geomembrana polimérica Emendas: solda dupla Controle de execução: Agulha de teste c/ manômetro à 1,8 bar de pressão (em 10 min. 90 % da pressão inicial é permitido) Cortesia Sika Cortesia Sika
Geomembrana polimérica Cuidados construtivos REQUISITOS DEFINIÇÃO VALORES MÉTODO DE MEDIDA Rugosidade Profundidade Máximo 4 16 mm Preenchimento de areia pelo método ZTV-SIB até ø 250 mm Irregularidade Pequenas concavidades (R 200 mm) Raio RKW (mm) Mínimo B A at B T = 1 Razão B A :B T = 10 : 1 Grandes concavidades (R > 200 mm) Medição manual do substrato no perfil negativo Raio RGW (mm) Razão B A :B T (GW) Mínimo B A at B T = 1 = 10 : 1 Medição do substrato com medidor de perfil Lenke, S. (2005)
Geomembrana polimérica Cuidados construtivos Injeção de contato Proteção mecânica Cortesia VOS
Geomembrana polimérica Cuidados construtivos Cortesia VOS
Membrana projetada Aderência do suporte com o concreto secundário Economia para a obra (menores volumes de escavação e menor consumo de materiais) Maior rapidez na aplicação (50 150 m²/h) Ajusta se com facilidade à geometrias complexas e recordadas (encontro de túneis) Aplicação por projeção Cortesia Basf Meyco
Membrana projetada Requer maior controle das infiltrações pelo suporte (sensível à presença de fluxo d água pelo suporte); Impossibilidade de verificação do desempenho prévia à aplicação no revestimento; Processo de aplicação (distância do bico de projeção para o substrato); Controle da espessura de aplicação.
Membrana projetada 0 16 mm 0 4 mm 0 8 mm Cortesia Basf Meyco
Membrana projetada Cuidados construtivos
Conjugação de sistemas Ação de juntar, de reunir harmonicamente (Grande dicionário Houaiss da Língua Portuguesa) Geomembrana Membrana projetada Cortesia Basf Meyco
Conjugação de sistemas Geomembrana Concreto projetado Cortesia Sika
Concreto moldado segundo o Metrô SP Resistência média (f cm, NBR 5739): > 30 Mpa Relação água/ cimento: < 0,55 Absorção de água por imersão e fervura (NBR 9778): < 8% Penetração de água sob pressão (NBR 10787): < 50 mm Consumo de cimento: 300 kg/m³ < C < 400 kg/m³ Aditivos cristalizantes para redução de permeabilidade
Túneis em rocha: Pré grouting Impermeabilização de túneis em rocha Water control not waterproofing Possibilita a redução de custos e tempo de execução Fonte: Grøv, E. e Woldmo, O. (2012)
Túneis em rocha: Pré grouting Melhorias conseguidas: Melhora das condições de escavação; Diminuição da permeabilidade do maciço. Técnica: Perfurações a partir da face de escavação ou pela superfície do terreno onde for possível; Injeções sob pressão de grout ou argamassa fluida.
Túneis em rocha: Pré grouting Critério Norueguês: Classificação funcional do túnel VAZÃO (LITROS / MINUTO / 100 M DE EXTENSÃO) CONDIÇÃO DE EXPOSIÇÃO 2 10 Túneis urbanos em áreas sensíveis 10 30 Túneis sob o mar e túneis rurais > 30 Túneis sem especificações requeridas Fonte: Grøv, E. e Woldmo, O. (2012) De 2 a 15 litros/ minuto por 100 metros de túnel: Pré grouting sistemático Maior que 15 litros/ minuto por 100 metros de túnel: Prégrouting com medidas de vazões a partir de furos exploratórios
Túneis em rocha: Pré grouting Fonte: Grøv, E. e Woldmo, O. (2012)
Túneis de via em TBM Injeção do espaço anelar Anéis de revestimento em concreto pré moldado Junta elastomérica em EPDM ou Neoprene Ligações radiais Ligações circunferenciais
Túneis de via em TBM Cortesia Trelleborg
Túneis de via em TBM
Case: Estação Vila Prudente do Metrô de São Paulo
Case: Estação Vila Prudente do Metrô de São Paulo
Case: Estação Vila Prudente do Metrô de São Paulo
Referências Bibliográficas 1. Figueiredo, A. D. ; O papel do concreto projetado na impermeabilização de túneis. In: Simpósio Internacional de Impermeabilização de Estruturas Subterrâneas, São Paulo, 2005. 2. Figueiredo, A. D. ; Parâmetros de Controle e Dosagem do Concreto Projetado com Fibras de Aço. São Paulo, 1997. 342p. Tese (Doutorado). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 3. Grøv, E., Woldmo, O. ; Tight enough for its purpose by pre excavation grouting. In: 3º Congresso Brasileiro de Túneis e Estruturas Subterrâneas / Seminário Internacional South American Tunnelling SAT 2012, São Paulo, 2012. 4. Prudêncio Jr., L. R. Contribuição à dosagem do concreto projetado. São Paulo, 1993. 224p. Tese (doutorado). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 5. Lenke, S.; Worldwide Specifications for membranes and joints a state of the art. In:In: Simpósio Internacional de Impermeabilização de Estruturas Subterrâneas, São Paulo, 2005.
Referências Bibliográficas 6. Takagi. E. M.; de Lima, M. G.; Helene, P. R. L; Contribuição para estudo do efeito da autocicatrização em concretos ativado por catalisadores cristalinos em estruturas de túneis submetidas à exposição contínua de água. In: 3º Congresso Brasileiro de Túneis e Estruturas Subterrâneas / Seminário Internacional South American Tunnelling SAT 2012, São Paulo, 2012. 7. Weber, U.K. Waterproofing of conventional tunnels and stations. ITA AITES Training Course Risks during construction of urban tunnels in soft ground. Budapest, 2009. Em: http://www.itaaites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/itaassociation/productandpublication/train ing/trainingcourses/sp3_2005.pdf
Seminário Infratúneis construção, gestão de riscos, novas tecnologias Agradecimentos Construtora Andrade Gutierrez S.A. Companhia do Metropolitano de São Paulo Comitê Brasileiro de Túneis Aos amigos: Antônio Figueiredo, Tiago Ern, Maurício Grochoski