Home > Notícias > /ARTIGO #24 : IMPERMEABILIZAÇÃO EM TÚNEIS RODOVIÁRIOS

/ARTIGO #24 : IMPERMEABILIZAÇÃO EM TÚNEIS RODOVIÁRIOS

IMPERMEABILIZAÇÃO EM TÚNEIS RODOVIÁRIOS

G.Maia

Autor – Construtora G MAIA, Belo Horizonte, Brasil

L.Filgueiras

Autor – Construtora G MAIA, Belo Horizonte, Brasil

 

INTRODUÇÃO:

Por conceito, o túnel começa com a necessidade de superar um obstáculo natural, geralmente maciço montanhoso. Mas Além das montanhas existem outras barreiras que podem ser vencidas mediante túneis, como cursos d ́água fluviais e marinhos, e zonas urbanas densamente edificadas. (ZANELATO, 2003).

Os túneis são um dos mais antigos tipos de construção que o homem já exerceu. Desde o Egito antigo são conhecidos certos túneis com aproximadamente 150m de comprimento. Os romanos tiveram intensa atividade relacionada a abertura de túneis para transporte de água e chegaram a inventar determinadas técnicas para facilitar as escavações (VALLEJOS, 2011)

O desenvolvimento da engenharia de túneis modernos no Brasil começou nas décadas de 1950 e 1960, com o planejamento e construção dos sistemas de metrô em São Paulo e no Rio de Janeiro, além dos inúmeros túneis viários.

No Brasil os túneis rodoviários, nasceram da utilização de estruturas construídas para circulação de bondes. Entre eles destaca-se o Túnel 9 de Julho, que apesar de possuir apenas 1045 metros passou por sucessivas recapacitações, em função do volume de tráfego, tipo de veículo que circula e cargas transportadas.

1

Os primeiros túneis ferroviários no país foram abertos por volta de 1860. Mas, o trabalho de engenharia mais importante no período foi a longa série de quinze túneis que ficou conhecida como Seção 2 da Estrada de Ferro Dom Pedro II, no Japeri – Barra do Piraí, linha na Serra do Mar no Estado do Rio de Janeiro. (ROCHA, 2012).

A complexidade das escavações subterrâneas deve-se à vários fatores, a começar pela natureza geológica da região, influência do nível freático, extensão dos túneis, método de escavação, necessidade de avanços rápidos e etc.  Outra enorme dificuldade está presente nos emboques dos túneis, região crítica com concentração de tensões e possíveis assimetrias nos carregamentos.

Muito embora a construção de obras subterrâneas seja muito antiga, a preocupação efetiva com a sua impermeabilização é bastante recente. Para exemplificar a escala de tempo, em Portugal (10 anos atrás) foi iniciado a implantação do sistema de impermeabilização contínuo em grande parte dos túneis escavados.

Nas obras subterrâneas, as anomalias dos sistemas de impermeabilização e drenagem associada são, regra geral, difíceis de solucionar, sendo necessário utilização de materiais específicos e mão de obra qualificada.

Vale destacar que em túneis rodoviários, o manejo de infiltrações de águas subterrâneas combinadas com baixas coberturas dos túneis apresenta enorme dificuldade. Existem relatos que em alguns túneis executados no Brasil, foram enfrentadas infiltrações na casa de 80.000l/h.

Por sua vez, as intervenções de carácter corretivo são extremamente onerosas. Neste sentido, é imprescindível, para assegurar a funcionalidade e durabilidade destes sistemas, a existência de um controlo adequado das atividades relativas à instalação dos materiais que o constituem o sistema de impermeabilização. Neste contexto, considerou-se importante descrever neste artigo as atividades de controlo indispensáveis à garantia da qualidade do sistema de impermeabilização, chamando-se a atenção para a sua necessidade.

Por sua grande extensão, também foi necessário realizar um túnel de ventilação (Shaft) – o que por suas características também requereu a aplicação de técnicas especiais de engenharia.

NORMAS DE REFERÊNCIA:

Quanto mais antigo o túnel, mais suscetível ele se torna ao surgimento de patologias estruturais, relacionadas à infiltração, deteriorações por ação mecânica, movimentos de expansão e dilatação que afetam o concreto e aço. Diante dessas patologias associadas, é fundamental existir diretrizes para o tratamento e normativas de referência.

Na inexistência de norma nacional, deve-se utilizar referências e normas internacionais compatíveis com a atividade específica.

2

De acordo com SIA 272/SIA 197, vedação e drenagem em construção subterrânea, temos as seguintes considerações:

3

4

O método de proteção para impermeabilização pode variar de acordo com o tipo de escavação.

TIPOS DE ESCAVAÇÕES DE TÚNEIS RODOVIÁRIOS:

Antes de descrever os métodos de escavação vamos discorrer sobre premissas necessárias para a escolha mais adequada para execução dessas atividades.

 Conhecimento das condições geotécnicas, tipos de materiais, solo, rocha, descontinuidades, nível de água, a partir de campanha de investigações.

 

 O projeto e aplicação de técnicas de rebaixamento do lençol freático como método auxiliar na construção de obras subterrâneas em meio urbano, é particularmente complexo e delicado.

Nas escavações, a água subterrânea está localizada abaixo da superfície do solo. Os aquíferos de vários níveis geralmente encontran-se separados pelas camadas impermeáveis de argila ou rocha. Com o avanço das escavações, os aquiferos são acessados, ocorrendo percolações que incidem na estrutura original dos solos.

5

Consequentemente existe a resposta em termos de deformação do solo, na superfície e em pontos intermediários, induzindo danos nos edifícios e nas camadas mais inferiores. A amplitude das deformações pode ser determinada a partir da correta identificação do raio de influência do sistema.

6

Entretanto, são questões de difícil determinação, especialmente quando o sistema hidrogeológico é particularmente heterogêneo (por exemplo, sistemas de multicamadas) e a geotécnia apresenta um contexto complexo e incerto (presença e intercalação de diferentes camadas de permeabilidade).

Embora delicado e complexo, o método de rebaixamento e consolidação dos solos durante escavações é particularmente mais viável na sua aplicação economica, especialmente quando comparado com as mais complexas técnicas de consolidação como o congelamento.

Essa metodologia bem conhecida, torna- se inovadora, se associada a uma abordagem de análise de risco rigorosa, que possibilita a identificação de todos os fatores críticos com potencial de risco, amarrando-os a uma implementação rápida de contramedidas.

A aplicação do sistema do rebaixamento das águas subterrâneas envolve uma série de avaliações:

MÉTODO NATM:

Solos, principalmente solos moles, não gostam de serem perturbados. Portanto, se for necessário fazê-lo, faça-o gentilmente, com cuidado, e providencie suporte imediato sempre que seu estado inicial tenha sido alterado. “Maior habilidade é necessária para evitar (minimizar) o carregamento do terreno do que para resistir ao mesmo” (Rziha, 1872). Esta é a filosofia fundamental da técnica comumente designada por NATM (New Austrian Tunnel Method), usada na construção de estações de metrô, poços e túneis.

O método NATM é utilizado com sucesso na construção de túneis de grandes dimensões. Uma de suas vantagens é a adaptabilidade da seção de escavação, que pode ser modificada em qualquer ponto, de acordo com as necessidades geométricas e de parcialização da escavação, que, às vezes, se torna necessária em maciços pouco competentes ou que estão sob forte pressão hidrostática.

Outras medidas associadas à aplicação desse método são rebaixamento do lençol freático, revestimento prévio e as mais comumente usadas, injeções de resinas ou de cimento.

Caso o tempo de auto sustentação do maciço seja insuficiente para permitir a execução dos trabalhos de escavação e suporte, ou houver um fluxo de água elevado, reduzindo as condições de suporte do maciço, o solo deverá receber um tratamento antes dedar-se continuidade à escavação.

Na figura abaixo pode-se observar um modelo representativo de um dos mais frequentes tipos de tratamento utilizados em obras de túneis, as enfilagens. Estas enfilagens são instaladas na parte superior da frente do túnel, servindo como uma “laje” que irá suportar parte da carga acima do túnel, e aumentando então o tempo de sustentação do maciço.

7

8

9

O método construtivo consiste na escavação da frente de serviço do túnel ou poço de visita, conforme previsto em projeto. A sua execução aplica-se primeiramente na montagem das cambotas e tela metálica e logo em seguida, na aplicação do concreto projetado por via de bombeamento (seco/úmido).

Por meio do método NATM, a deformação do maciço adjacente é deliberadamente favorecida, adaptando-a ao contorno escavado, bem como redistribuindo e reduzindo as tensões máximas induzidas, evitando-se assim a desagregação do maciço.

O concreto projetado revolucionou as técnicas de suporte de escavações manuais, e praticamente substituiu elementos de suporte mais antigos, como madeira, pranchões, escoras, arcos metálicos, e outros. Concreto projetado é usualmente armado com tela metálica soldada, ou fibras, e é tipicamente aplicado em conjunto com cambotas treliçadas, ou, mais antigamente, com perfis metálicos calandrados ou poligonais.

10

ESCAVAÇÕES SUBTERRANEAS COM VALA A CEU A BERTO (CUT & COVER)

Também conhecido como método destrutivo, devido à sua interferência na superfície, o método de trincheira, ou VCA, é utilizado em condições geotécnicas e geológicas variadas. O recobrimento costuma ser baixo, de até 20 m de profundidade, sendo aplicado onde não há interferência com o sistema viário, ou onde seja possível desviar o tráfego sem que isso cause grandes transtornos.

As estações em Valas a céu aberto podem ser realizadas com paredes diafragmas e tirantes, em geral o rebaixamento do nível freático é realizado apenas localmente, no interior da escavação, por meio de bombeamento de poços ou ponteiras filtrantes a fim de facilitar as operações de escavação.

Em algumas situações o sistema de rebaixamento freático pode ser realizado exteriormente a vala escavada, no aquífero profundo, com poços de bombeamento. Com isso é gerado alívio dos impulsos que atuam sobre os diafragmas construídos.

A comparação entre previsão realizada com soluções analíticas e numéricas, e os dados de controlo em termos de monitoramento, tal como indicado na figura abaixo para a estação de Alto da Boa Vista – Metro SP.

11

MECANIZADO (TBM – TUNNEL BORING MACHINES)

A escavação de túneis em terrenos brandos, ou pouco competentes, sempre se constituiu em um grande desafio, finalmente vencido em 1825, por Marc I. Brunel. Ele construiu o primeiro túnel sob o rio Tâmisa mediante o avanço de uma couraça metálica sob a qual a escavação e o revestimento podiam ser feitos em segurança. Essa primeira couraça (em inglês, shield) evoluiu com o tempo e hoje se desdobra em diversos tipos de máquinas tuneladoras (Tunnel Boring Machines – TBM). Varias bibliografias abordam o custo por extensão de túneis para escavações com tuneladoras (TBM) x escavações por perfurações e explosões.

12

Outra grande evolução da técnica de engenharia de túneis é a utilização de máquinas para a escavação em rochas competentes e duras em substituição à escavação com uso de explosivos. Na escavação de rochas, muitas vezes a utilização da couraça pode ser dispensada.

13

O Metrô de São Paulo foi o primeiro a utilizar, no Brasil, uma máquina tuneladora de grande diâmetro e que a população paulistana logo apelidou de “tatuzão”. Esse método construtivo foi aplicado desde a Linha 1-Azul, executada nos anos 70, até o novo projeto da Linha 4-Amarela, que previa a utilização de uma grande máquina para a escavação dos túneis de via.

A escavação é efetuada por equipamento mecanizado, com frente aberta ou fechada, sob a proteção da couraça. Imediatamente atrás, ainda dentro da couraça (eventualmente fora dela, quando o maciço permitir), é montado o revestimento segmentado pré-moldado de concreto (ou metálico). O avanço da máquina se dá pela reação de macacos contra os anéis de revestimento já montados. No caso de TBM para rocha, sem couraça, o avanço se dá mediante sapatas ancoradas nas paredes laterais do túnel.

A recomendação para tratar as infiltrações é realizar os tratamentos onde se manifesta a patologia, certificando -se de abranger toda extensão da mesma.

14

15

16

IMPERMEABILIZAÇÃO POSITIVA E NEGATIVA.

Toda obra subterrânea apresenta umidade, gotejamento ou infiltração de água. Túneis ventilados podem aparentar estar secos ao longo de vários trechos, apenas porque a umidade natural evapora ao atingir a superfície do concreto projetado

Durante a escavação dos túneis é necessário medidas para conter s sua presença, como injeções de poliuretanos estabilizando e impermeabilizando a frente de escavação. Entretanto porteriormente a escavação e revestimento primário é necessário projeto de impermeabilização, mantendo as propriedades do concreto utilizados no revestimento, aspectos visuais e vida útil do revestimento.

Geomembranas e diversas resinas de injeção são usadas, atualmente, para conter o fluxo de vapor d’água e umidade que aumentam tanto a insalubridade do ambiente nos túneis quando deterioram a estrutura de concreto subterrâneo.

Como resina flexível, destacamos a eficácia da injeção de poliuretano como solução mais vantajosa para controlar vazamento e infiltração em túneis de metrô e rodoviário.

São várias formas nas quais o polímero pode ser injetado no concreto: espuma, resina de poliuretano. A escolha irá depender das condições específicas que identificarmos no momento de reparar essas estruturas subterrâneas.

Sendo assim, diferentes técnicas de impermeabilização podem ser utilizadas.  A impermeabilização positiva é aquela na qual a pressão da água empurra a barreira impermeabilizante contra a estrutura definitiva de concreto. Nos túneis com revestimento primário e secundário essa situação ocorre com a água contida no solo, extradorso, onde há percolação no revestimento primário, e o elemento de impermeabilização é mobilizado contra o revestimento secundário, conforme figura abaixo.

19

20

As geomembranas mais aplicadas em túneis escavados são as geomembranas poliméricas sintéticas, nomeadamente policloreto de vinilo plastificado (PVC) e as poliolefinas que incluem por sua vez as de polietileno de alta densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD) e poliolefina modificada com etileno propileno (EPR-TPO).

Abaixo segue imagem que indica o posicionamento da impermeabilização após o revestimento primário.

19

Outro exemplo de impermeabilização positiva ocorre quando aplicamos a resina na interface revestimento x solo. Essa resina é aplicada através de furos com espaçamento e posição descrita em projeto, atravessando o revestimento primário e gerando uma barreira para a pescolação da água.

20

21

Gel acrílico polimérico de baixa viscosidade também apresentam excelente comportamento para o selamento de estruturas, seja pontuais ou em grandes áreas.

Quando não conseguimos acessar o extradorso do tunel ou não temos uma configuração com revestimentos primários e secundários para implementar camada de impermeabilização intermediária, é necessário realizar a impermeabilização negativa, a qual consiste em criar uma barreira de proteção interna.

O Xyper apresenta ótimos resultados para essa situação. A técnica consiste na impermeabilização por cristaização, com o material sendo projetado contra o revestimento.

22

As estruturas subterrâneas, assim como estruturas em superfície, estão em estado de movimento permanente. As causas desta redistribuição de tensões e deformações são variações de temperatura, mudanças de umidade, atividades tectônicas, e outras fontes de deformações. A consequência desta movimentação permanente no concreto são fissuras que abrem e fecham periodicamente, e percolação nos revestimentos.

Felizmente, mais e mais clientes hoje entendem (tendo sofrido no passado por túneis com vazamentos) que a impermeabilização em estruturas subterrâneas não apenas protege equipamentos mecânicos e elétricos, mas também resulta em um ambiente limpo e seguro. Protegendo o revestimento estrutural final contra corrosão e efeitos adversos da água subterrânea, minerais corrosivos, e produtos químicos agressivos.

Sistemas de impermeabilização foram introduzidos nos EUA em 1983, em uma seção do Metrô de Washington (WMATA), utilizando uma membrana plástica impermeável e flexível, com pleno sucesso.

Desde então, este sistema tem sido aplicado em muitos túneis em NATM e Shield, e também em valas a céu aberto.

MEMBRANA PROJETADA:

 Uma opção para a impermeabilização de túneis rodoviários é a projeção de membranas ao longo dos revestimentos primário e secundário. Dentre as vantagens podemos destacas:

Dentre as condicionantes podemos destacar:

23

INJEÇÃO DE COMPENSAÇÃO:

Em áreas urbanas, deformações na superfície (recalques) causam problemas ambientais, urbanisticos e podem acarretar em desastres. Os recalques não podem ser evitados em sua totalidade, mas podem ser minimizados e/ou compensados por injeções de compensação, próximas à estrutura subterrâneas escavadas.

As injeções de compensação foram aplicadas com sucesso em um grande número de cidades em todo o mundo. Uma das aplicações foi em Londres, durante a construção da extensão da Linha Jubilee.

24

O gráfico acima apresenta o monitoramento de recalques dos dias, para as áreas com injeção de compensação e sem injeções.

 

CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS: 

Atualmente no mercado são apresentadas diversas soluções para impermeabilização de túneis rodoviários. Entretanto a solução técnica deve ser alinhada com o método executivo da escavação.

A mão de obra que executar essa atividade deve ser especializada, uma vez que o processo envolve procedimentos específicos.

Testes de estanqueidade devem ser realizados para o sistema implantado, seguindo diretrizes internacionais na ausência de normativas nacionais.

A impermeabilização de túneis rodoviários requer materiais de impermeabilização especializados, que podem variar dependendo do tipo de elementos do túnel e dos métodos de construção envolvidos. Parâmetros especiais, como pressão anormalmente alta da água e condições da infraestrutura, devem ser levados em consideração durante o planejamento da restauração. Além disso, outras preocupações estruturais, como tensões químicas / mecânicas, devem ser levadas em consideração e consideradas durante a seleção dos produtos apropriados.

A utilização de injeções de consolidação e impermeabilização ganhou grande atuação nas estruturas já executadas que apresentam falha no sistema de impermeabilização, em função de possibilitar propagação do material na interface estrutura x solo, promovendo controle de fluxo locais e globais.

Pode-se utilizar sistemas híbridos no processo de impermeabilização, com a junção de vários sistemas.

REFERÊNCIAS:

[1] KOLYMBAS, D., “Tunelling and Tunnel Mechanics – A rational approach to tunnelling”, Springer – Velag Berlin Heindelberg, 2005

[2] SIA 197:REGISTERED CODE OF THE SWISS STANDARDS ASSOCIATION: Projets de tunnels – Bases générales Progettazione di gallerie – Basi generali Projektierung Tunnel – Grundlagen – Design of Tunnels 

[3] ROCHA, Hugo Cássio. “Panorama do Mercado Brasileiro de Túneis: Passado, Presente e Futuro”. Anais do 54º Congresso Brasileiro do Concreto, CBC 2012. Maceió, AL.

[4] RZIHA F., Lehrbuch der gesamten Tunnelbaukunst, Band II (Berlin, 1872).

[5] ZANELATO, E. A. 2003. Escavação de túneis – Métodos construtivos. 86 f. TCC (Graduação) – Curso de Engenharia Civil, Universidade Anhembi Morumbi, São Paulo, 2003.

Últimas notícias