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. 06/09/2012Tópicos 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 PauloRazões de impermeabilizar
• Água no maciço geológico; • O concreto possui poros: • Retração durante a secagem – Restrição de movimentação – Extensos panos de projeção.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 Seco a levemente
úmido Úmido Úmido a molhado
Nenhuma umidade no túnel é permitida Falhas de estanqueidade isoladas são permitidas Nenhum gotejamento é permitido Partes úmidas em áreas limitadas e partes com gotejamentos isolados são permitidas Umidade e gotejamento permitidos • Salas com ar purificado • Salas com equipamentos de energia • Estações de metrô • Túneis em rodovias expressas • Túneis ferroviários* e metroviários** • Estacionamentos • Túneis ferroviários e metroviários • Túneis coletores de esgoto • Túneis de captação de águas pluviais VAZÕES DE INFILTRAÇÃO 0 0 a 0,1 (l / m² /dia) 0,1 a 0,5 (l / m² /dia) 0,5 a 1,0 (l / m² /dia)
Critério de impermeabilização segundo
Especificação Técnica do Metrô‐SP
ÁGUA NO MACIÇO MACIÇOS DE BAIXA PERMEABILIDADE 1 MACIÇOS PERMEÁVEIS 2 Água de infiltração (sem pressão) 3 Água com pressão 4 Pouco agressiva ao Concreto (CETESB L1.007/88) Sistema aberto com / sem geomembrana (“guarda‐chuva”) Sistema com geomembrana ou GCL aberto(“guarda‐chuva”) geomembranaSistema com selado (“submarino”) Agressiva ao Concreto (CETESB L1.007/88) Sistema com geomembrana ou GCL 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:
• Concreto projetado • Drenagem do revestimento primário • Geomembrana polimérica / Membrana plástica • Concreto armado moldado in loco • Injeções • Outros
Impermeabilização para túneis e poços com
suporte em concreto projetado:
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 custoConcreto projetado segundo o Metrô‐SP
• Cimento Portland resistente à sulfatos (NBR‐5737) • Resistência média (fcm, 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/m³Geomembrana 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
Geotêxtil não tecido
Revestimento Final Geomembrana polimérica Compartimentador “Water-bar”
Geomembrana polimérica
• Sistema Guarda‐chuva
Suporte da Escavação
Geotêxtil não tecido
Revestimento Final Geomembrana polimérica Compartimentador “Water-bar” Geodreno
Geomembrana polimérica
Geotêxtil Suporte Geomembrana Water‐bar “Trumpet” Mangueira de injeção Cortesia SikaGeomembrana 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 SikaGeomembrana 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)
Razão BA:BT
Mínimo BAat BT = 1
= 10 : 1
Medição manual do substrato no perfil negativo Grandes concavidades (R > 200 mm) Raio RGW (mm) Razão BA:BT (GW) Mínimo BAat BT = 1 = 10 : 1
Medição do substrato com medidor de perfil
Geomembrana polimérica
• Cuidados construtivos Injeção de contato Proteção mecânica Cortesia VOSGeomembrana polimérica
• Cuidados construtivos
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‐MeycoMembrana 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
Membrana projetada
Conjugação de sistemas
• “Ação de juntar, de reunir harmonicamente” (Grande dicionário Houaiss da Língua Portuguesa) Geomembrana Membrana projetada Cortesia Basf‐MeycoConjugação de sistemas
Geomembrana
Concreto projetado
Concreto moldado segundo o Metrô‐SP
• Resistência média (fcm, 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 permeabilidadeTúneis em rocha: “Pré‐grouting”
• “Impermeabilização” de túneis em rocha
“Water control – not waterproofing”
• Possibilita a redução de custos e tempo de execução
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 – De 2 a 15 litros/ minuto por 100 metros de túnel: Pré‐grouting sistemático – Maior que 15 litros/ minuto por 100 metros de túnel: Pré‐ grouting com medidas de vazões a partir de furos exploratórios 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
Túneis em rocha: “Pré‐grouting”
• 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
Túneis de via em TBM
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.ita‐ aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/ProductAndPublication/Train ing/TrainingCourses/SP3_2005.pdfSeminário Infratúneis – construção, gestão de riscos, novas tecnologias
