UTILIZACAO DE RESINA ORGANICA NO TRATAMENTODE CONCRETO DE ALTA PERMEABILIDADE

Adilson Luiz Barbi

ITAIPU Binacional

RESUMO

A constatacao de que o concreto de baixa resistencia utilizado no preenchimentoda fundagao da casa de forga de ltaipt, poderia ser lixiviado ao Iongo do tempo edesestabilizar a estrutura, fez com que uma intensa pesquisa se desenvolvesseenvolvendo a obra e fabricantes, a busca de produtos que pudessem atraves deinjegao criar uma barreira impermeavel.Devido ao interesse de um dos fabricantes, e apos dezenas de ensaios, testes decampo e modificagao na formulagao, chegou-se a um produto ate entao ineditono mercado, e que foi aplicado com btimos resultados.

1. ANTECEDENTES

Para a restituigao da fundagao das unidades centrais da casa de forga de Itaipu situada sobre o eixo docanyon do Rio Parana, foi previsto a utilizagdo de concreto de baixa resistencia, langado em grandesvolumes com equipamentos nao convencionais.

Com isto conseguiu-se nivelar aquela depressao com o topo rochoso nas ombreiras, em torno da el.54, cotaesta a partir da qual iniciou-se o langamento de concreto estrutural.

Posteriormente, quando do tratamento da rocha da fundagao por injegao de cimento, as perfuragoes aoatravessarem este horizonte de concreto encontraram grandes dificuldades, pela presenga generalizada devazios, zonas de blocos soltos e extrema instabilidade das paredes dos furos. Algumas injegoes deconsolidagao efetuadas no concreto com finalidade de melhorar o rendimento da perfuragao, mostraramaltas absorgoes de calda mesmo a baixa pressao, sugerindo a presenga de vazios continuos. Estes, foramconfirmados atraves de sondagens rotativas especialmente executada para a prospecgao do concreto, quedetectaram ainda trechos porosos intercalados.

Estes fatos determinaram um reexame da situagao, e a admissao de hipoteses pessimistas quanto ao com-portamento deste pacote de concreto. 0 maior temor referia-se ao risco de franca percolagao, que poderiafavorecer a Iixiviagao dos elementos componentes do cimento, levando ao comprometimento da estabilidadeda estrutura.

Tornou-se entao evidente a necessidade de tratamento visando a impermeabilizagao de uma faixa de con-creto, de modo a criar-se um barreira contra a entrada d'agua. As varias fases do trabalho, as alternativasempregadas, e de como um tratamento a primeira vista convencional originou um extenso programa depesquisa e ensaios de Iaboratbrio sao aqui relatados.

2. PRIMEIRA FASE DE TRATAMENTO - INJEcAO DE CALDA DE CIMENTO

Como primeira alternativa para o trabalho de impermeabilizagao foi sugerido a utilizagdo de injegao conven-cional com calda de cimento, utilizando-se o mesmo esquema jA implantado na obra para o tratamento darocha de fundagao. Seria simplesmente uma extensao de injegao de fundagao para o concreto sobrejacente,mantendo a geometria da cortina e fazendo pequenos ajustes na relagao agua/cimento e pressao maxima.

Numa etapa inicial, resolveu-se promover o tratamento apenas nas duas linhas externas, e deixando-se aintermediaria para uma Ease posterior, a ser definido apos a analise dos resultados iniciais.

Quando do inicio dos trabalhos, uma grande parte do macigo rochoso ja havia sido tratado.

Um estudo estatistico levado a cabo sobre a condigao final de permeabilidade da rocha de fundagao,mostrava um limite inferior em torno de 10-5 cm/seg, valor este que se alcangado no concreto, nao satisfariaas exigencias do projeto. Mesmo assim, por falta de outra alternativa na epoca, os trabalhos foram exe-cutados, e os resultados apresentados nas fig. 1, 2 e 3.

A fig. 1 mostra a evolugao da media da absorgao para cada linha injetada pelo metodo "Split-spacing". Ob-serva-se uma redugao de 67% dentro da linha de montante entre a 1' e 3a fase (espagamento de 12 e 3mentre furos). JA na linha de jusante as diferengas sao menores tendendo para um residual em torno de 70

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kg/m. Em termos de redug5o de permeabilidade, a comparacao entre os histogramas das fig. 2 e 3 revelauma significante redug o de cerca de 100 vezes.

0 valor mais frequente de 10-5 cm/seg conforme mostrado na fig. 9 6 coerente com as expectativas, con-forme exposto anteriormente.

3. SEGUNDA FASE DE TRATAMENTO - INJECAO DE PRODUTO OU(MICO

A decisao de se utilizar o tratamento a base de produtos qulmicos, foi tomada ap6s analise dos resultados daprimeira fase e que indicaram uma redugdo de permeabilidade a navel ainda superior ao desejavel. Paracanto, foi reservada a linha central de injecao, estabelecendo -se pars efeito de economic do produto, sabida-mente caro , algumas regras basicas:

a- os trechos com perda d'agua superior a 20 I/min seriam inicialmente injetados com calda de cimento,aplicando-se o produto quimico a seguir.

b- ficou determinado um limite de 500 I por tomada. Atingindo-se este valor, o trabalho seria paralisadopor 24 horas e entao retomado. Esta decisao, visava a preocupag5o de construir-se apenas uma faixade baixa permeabilidade dentro do concreto, sem necessidade de espalhar o produto.

c- foi reservado uma fase final para furos do controle executados por rotagao, com intuito do vorificar aperformance do tratamento.

3.1 UtilizagAQ de Silicato de SOdioA primeira alternativa estudada dirigiu-se para a aplicanao de silicato de s6dio, apesar da suspeita eindicag6es da bibliografia da sua ineficiencia para preenchimento de grandes vazios. Foram estudadas diver-sas concentrag6es, e executados testes de injegdo em blocos de concreto para posterior observacao diretado resultado. Estes, confirmaram a ma performance do produto para este tipo de aplicando, mostrando umasignificativa retragAo da massa endurecida dentro dos vazios de concreto o que compromete o objetivo dotratamento. Em vista disto os estudos foram paralisados e redirecionados para o campo das resinasorganicas.

3.2 Utilizagio de Resina Orginica0 emprego deste material nos trabalhos de impermeabilizagao de fundacao de estruturas hidraulicas temsido sistematicamente descartado pelo meio tecnico basicamente pelos motivos seguintes:

- tecnologia altamente sofisticada tanto na formulagAo do trag6 adequado, como na aplicanao econtrole de campo.

- falta de comprovantes hist6ricos de eficiencia do produto, como consequencia do relativo pequenotempo de existencia dos mesmos.

- custo sensivelmente major que o da calda convencional de cimento, largamente utilizada neste tipode tratamento. Este ultimo item tem desencorajado ate mesmo os estudos iniciais de viabilidade deaplicanao do produto, sendo sem duvida o fator determinante da pouca experiencia ate hojeacumulada neste campo.

Resina organica, corresponde a uma solucao de dois ou mais componentes, sendo que pequenos ajustes naproporgdo dos mesmos, possibilita o controle de suas principals propriedades. Ao contrario das caldas decimento que sao suspensoes com limitada capacidade de escoamento e com propriedades reol6gicastipicas dos flufdos Binghanianos, as caldas quimicas sao solug6es que podem ser ajustadas a adquiriremgrande mobilidade.Sao constituidas pela resina basica, diluente e endurecedor, embora algumas vezes dependendo daaplicanao pode-se introduzir tambem um solvente. Os solventes nao sao aconselhados para resinas onde sedeseja boa resistencia e nenhuma contracao. Nao se prende quimicamente ao produto e dependendo daquantidade pode ataca-lo, formando bolhas.Assim, fica caaro que as resinas nao tem um poder ilimitado de diluicao.Tanto os diluentes como os solventes, a partir de certa concentragAo podem atacar o produto ate adegradagdo total.Portanto devemos em princfpio sempre suspeitar de produtos, algumas vezes oferecidoscom viscosidade muito baixa.No caso de resina ep6xica, que foram as ensaiadas para o trabalho em questao, a reacao de polimerizacao eestequiometrica, com os componentes reagindo em proporg6es definidas e tornando seu controle bastanterigoroso.

3.2.1 Definirao da Resina Adequada

Para a eficiencia e seguranga do trabalho, uma serie de requisitos quanto as caracteristicas da resin forampreviamente estipuladas, e apresentadas aos principals fabricantes e fornecedores do mercado. Em respos-ta, mais de uma dezena de produtos foram recebidos, os quais foram analisados e testados pelo Laborat6rio

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de MecAnica de Rochas da Obra . A grande maioria foi descartada logo nos primelros ensaios , geralmentepor apresentarem elevada exotermia ou grau de toxidez.As demais foram sendo eliminadas paulatinamente , a medida sem que os ensalos foram sendo macs exigen-tes. No final , nenhuma amostra cumpriu todos os requisitos definidos como fundamentals para a aprovaoodo produto.Somente com o interesse demonstrado por um dos fabricantes 6 que os estudos prosseguiram, atrav6s depesquisas dirigidas nos laborat6rios da fabrica , e ensalos na obra . Ap6s dezenas de ajustes , chegou-se final-mente a um produto com propriedades pr6ximas das exigidas , e que foi liberado para aplicagao.Os ensaios responsaveis pela definigao da resin foram executados simultaneamente em duas frentes,laboratbrio e campo.

3.2.1.1 Ensaios de Laborat6rioEstes ensaios al6m de utilizados para selegao da resin adequada, se prestaram tamb6m para acompa-nhamento do controle de qualidade do produto nas diversas partidas adquiridas, e durante sua aplicagao nocampo. Corresponderam a determinagao dos seguintes parAmetros:

a- viscosidade dinAmicaDevido a escassa bibliografia e pouca experiencia do meio t6cnico neste campo, nao se dispunha de umnumero absoluto indicativo de um valor 6timo para a viscosidade da resin. Exigia-se apenas que estafosse a menor possivel, alcangada a custa de criterios seguros e honestos.Esta propriedade 6 fundamental para o sucesso do trabalho, visto que a viscosidade 6 ligada diretamenteao escoamento, e consequentemente a facilidade de penetragao nos vazios e fraturas. Sua determinagaofoi feita com viscoslmetro de cilindro coaxial, Reometer da Contraves, para as temperaturas mais frequen-tes na regiao. Com isto, construiram-se curvas viscosidades x tempo, a partir das quais se extraia os doisvalores seguintes.

b- gel-timeDefine o intervalo de tempo em que a resina pode ser aplicada, ate a inflexao da curva para valores altos.

c- pot-lifeDefinido como o espago de tempo onde a mesma permanece com viscosidade abaixo da especificada.Estas duas propriedades assumem papel importante neste trabalho onde esta em jogo a aplicagao de umproduto de alto custo. A fig. 4 mostra um exemplo real obtido sobre uma das resinas ensaiadas. Observa-se que para temperatura mais altas, a viscosidade mantem-se patamarizada entre 30 e 40 Cp, por6mdurante um perlodo extremamente curto (- 30 min).A curva superior mostra uma performance excelente, porem a uma temperatura incompativel com a mediaregistrada na area do projeto Itaipu.

d- exotermiaA reagao de polimerizagao 6 exot6rmica, e em certas resinas o calor liberado pode ser de tal intensidadeque leva o produto final a ebuligao, e consequente destruigao da sua estrutura. A foto 1, mostra um exem-plo real detectado na fase de ensaios.

Foto I - Ebuligho devido a alta oxotermle

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Outras vezes a temperatura atingida nao f to alta , pork suficiente pars a formara-o de boihas, com-prometendo a textural e resistencia do produto.

Foto 2 - Bolhas formadas pela elevada temperatura

e- aderanciaA resina deve aderir perfeitamente as paredes do meio onde for injetada , de modo a cumprir um dos prin-cipals requisitos da injecao , que 6 a impermeabilizacao . A aderencia deve ser verificada mesmo napresenca de agua , ou em condicao de submersao . Em pequena escala , 6 muito diffcil reproduzir emlaboratbrio um ensaio que simule o fenomeno . 0 mais pratico a fazer um ensaio em major escala como oexemplificado no item 3.2.1.2.

f- toxidezTanto a resina basica como os'componentes nao devem ser altamente t6xicos , principalmente quando ostrabaihos se desenvolvem em galerias , onde a ventilacao quase sempre 6 deficiente.A presenga de solvente tem forte infludncia na toxidez da resin, e este fato 6 facilmente detectavel nosprimeiros contatos com o produto.A tabela I, mostra a observacao do nfvel de volatilidade e toxidez efetuada em diversas resins ensaiadasno laboratbrio de Itaipu.

g- estabilidadeComo as obras submetidas a tratamento tem villa util praticamente ilimitada , a resina utilizada necessitaser comprovadamente estavel , com formulacao conhecida , e antecedentes que garantam a manutenraode suas principais caracterfsticas por um tempo mfnimo , compatfvel com a obra.Esta propriedade nao pode ser aferida atrav6s de ensaios de laboratbrio , sendo a credibilidade eidoneidade do fabricante os unicos parametros que podem atesta-la.

h- resistencia ou desgasteAp6s o endurecimento , a resin deve ser resistente e nao lixiviavel mesmo quando submetida a altosgradientes de percolacao . Pode-se simular a grosso modo o processo de lixiviacao em laboratbrio utilizan-do-se o extrator Soxhlet, da mesma forma como se faz com calda convencional de cimento.Por6m , de modo geral pode -se afirmar que as resins nao desgastam pela passagem de agua.

i- custoO preCo por Iitro ou por quilo deve ficar em torno da media do mercado. Nota -se para este produto umgrande diferencial de preco em funrao do catalizador , diluente , acelerador etc, empregados na suaformulacao.Os estudos de laboratbrio mostraram grande variacao nas caracterfsticas das resins recebidas, emrelagao aos valores esperados . Baixa viscosidade , algumas vezes foi cumprida utilizando solventes oumesmo diluentes , mas em dosagem excessiva, tornando Inseguro o comportamento a longo prazo doproduto.Alfas exotermias foram frequentes assim como gel-time extremamente curtos que inviabilizam a aplicacaodo produto.

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3.2.1.2 Ensaio do CampoA confirmagao de Injetabilidade do produto escolhido apenas pode pode ser determinada em taste em escala real , aplicando-se diretamente a resina no meio a tratar, e observando o resultado atravas de pocos, pe-

quenos tuneis ou sondagens de controle. Este teste possibilita ainda o treinamento do pessoal e adaptagbesao equipamento.

No caso especffico de Itaipu optou-se por um teste mais simples, igualmente eficiente. Foram moldados al-guns blocos de concreto de mesma caracterfstica daquele langado na fundagao da Casa de Forga, sub-metendo-os a seguir a dois ciclos de injegao em condigOes de submersao: a) com calda convencional decimento, objetivando solar os maiores vazios; b) corn resina logo apbs o infcio de pega da calda anterior.

Foto 3 - Aspecto de ensalo de Injetabllidade de corpo de prova.

Os corpos de prova, tinham sua dimensao equivalente ao espagamento previsto para os furos de 3a ordem.Logo apbs o teste, foram executados alguns ensaios de perda d'agua sob pressao nos furos abertos nocorpo de prova, e finalmente, o mesmo foi serrado afim de permitir a observagao direta do tratamento.

A foto 4 mostra um aspecto da face serrada onde observa-se a calda de cimento ocupando os maloresvazios, e a resina aplicada a seguir, preenchendo os espagos remanescentes.

Foto 4 - Detalhe do prenchlmento dos vazlos por calda de cimento • resins.

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4. APLICAQAO DO PRODUTO

Definida a resina adequada, partiu-se para a sua aplicacao no campo, num trabalho que diferencia-se profun-damente daqueles efetuados com calla de cimento convencional. As principals modificacoes referem-se a:

- dispensa do conjunto agitador-misturador para manter a estabilidade do produto duranle oprocesso de injeg5o. Recomenda-se mesmo evitar grandes agitacoes afim de impedir aincorporacao de ar e que pole prejudicar a textura final da resina endurecida.

- o recipiente dosador deve ter grande area, de maneira a permitir major troca de calor, aumentandoo gel-time.

Ouando a temperatura ambiente a muito elevada, recomenda-se manter tanto o dosador como abomba, resfriadas.

- para manter o produto injetado a baixa viscosidade, pode-se incorporar uma fonte de calorproxima a boca do furo.No entanto, esta alteracao bern como a enunciada no item anterior provocam a necessidade de umcontrole muito rigido, o qual deve ser feito no campo, ao lado da composicao.

- a composig5o de injeado deve envolver o menor volume possfvel de modo a nao favorecer a

exotermia, que cresce com a massa.o alto custo do produto, nao recomenda a preparacao de grandes volumes por traco.

nos trabalhos com resina torna um aspecto fundamental os itens references a seguranca dopessoal, principalmente quando efetuados em galerias ou outros locals pouco ventilados.

5. RESULTADOS OBTIDOS

Os resultados obtidos nesta segunda fase de tratamento estao condensados na fig. 5 a 10.

A fig. 5 mostra a redug5o na absorcao especifica para as diversos espacamentos entre furos, a qual calabruptamente de mais de 20 vezes.

A partir da 5a fase, corn furos espagados de 0,75m, observou-se que as absorcoes praticamente se es-tabilizaram, indicando que o valor obtido em torno de 4 I/m.kg/cm2 pode ser admitido como residual.

As fig. 6 e 7, sintetizam a evolucao da permeabilidade apos cada fase de reducao da distancia entre furos.Observa-se urn sensfvel deslocamento dos resultados para a esquerda, com area impermeavel(< 10-6cm/seg) ocupando 55% da total. A area remanescente onde a permeabilidade ficou em torno de 10'5cm/seg, foi submetida a uma 5a fase (eepacamento de 0,75m) e eliminada.

Finalmente, as fig. 8 a 10 mostram como ficou o zoneamento de permeabilidade do macico de concretoapos cada fase de tratamento.

A eficiencia do tratamento, na pratica tem sido acompanhada de duas formas.

Em 10 lugar pela reduzida vazao que passa pelo concreto tratado, e que se mantem constante ao longo dosanos, conforme mostrado no grafico da fig. 11. Secundariamente, porem de valor decisivo, pelo controlerealizado atraves de ensaios qufmicos, que quantificam o volume de material carreado em suspensao, e deelementos de cimento lixiviado por litro de agua que percola pela massa de concreto.

Os resultados sao indicadores da plena estabilidade do pacote de concreto, demonstrando total segurancadas fundacoes da casa de forga, passados 8 anos do enchimento do lago.

6. CONCLUSAO

A indicando de produtos qufmicos para tratamentos de fundacao sempre foi encarada corn relutancia pelosprojetistas, e prontamente descartada pelos proprietarios da obra. As poucas empresas detentoras de know-how neste campo, preferem mante-lo em segredo, temendo dar vazao a um conhecimento arduamente ad-quirido. Este trabalho, mostra que com o apoio do fabricante pode-se desenvolver uma tecnologia prbpria ea um custo sensivelmente menor. Obviamente, as sitbag6es onde pode-se indicar esta solucao nab sao fre-quentes, pois o custo final ainda a alto quando comparado com os tratamentos convencionais, porem oresultado pode ser compensador.

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500 r

400

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200

100-

3 6Espapamento entre furos ( m

Fig 1 - Reducdo de absorpbo por fuse de tratomento

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Imperm . toe 106 10 4 10-3 10-2K ( cm/seg )

Fig 2 - Permeabilidode inicial

Imperm. •1061 65

10-4

K ( cm/seg )

Fig 3 - Permeabilidade ap6s 19 fase de tratomento

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102

-115-

110

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3010 30 60 90 180 210 240

TEMPO (min.)

Fig. 4 - Curvo viscosidode X tempo

temperature ambiente 15°C

- •- • -• - temperature ambiente 25°C

--temperatura ambiente 35°C

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I

2 3 4Espasamento entre furos ( m )

1

Fig. 5 - Absor¢ao media per fose de tratomento

50

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K(cm/seg)

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Fig. 6 - Permeabilidade apos

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( c )

Fig. 7 - Permeobilidade apos

5

Imp 10 10 10 10K (cm/seg )

( b )

( a - furos espa c odos de 12 m

b - furos ospapados de 6 m

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K ( cm/seg )

10

( d )

( c - furos esposodos de 3 m

( d - furos espacodos de 1,5 m

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I

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