O PAPEL DO CONCRETO PROJETADO NA IMPERMEABILIZAÇÃO DE TÚNEIS: Os últimos 10 anos
Antonio D. de Figueiredo
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
VOCÊS SE LEMBRAM DO QUE ACONTECEU HÁ DEZ ANOS?
Eu não lembrava...
Em 2005 ocorreu:Falecimento de João Paulo IIJulgamento de SaddanKatrina em Nova Orleans...
RESOLVI BUSCAR O QUE EU HAVIA FALADO ANTES...
Grande preocupação (ITA, 1998)
“Necessidade” de túnel “estanque”:Minimizar entrada de agentes agressivos e
lixiviação – garantir durabilidade da estrutura
Alteração do nível do lençol freático
Ataque às instalações do túnel
4
COMPARANDO CONCRETO PROJETADO COM O CONVENCIONAL
DANTAS & TANGO (1990) e ARMELIN et al (1994)
Material K (cm/s) Vazios permeáveis (%)
Concreto
convencional
3,41x10-9 12,9
Concreto
projetado
<10-11 15,1
Concreto projetado do revestimento do túnel
Via seca 10-8 a 10-10 12,4
Via úmida ~10-11 14,4
5
EFEITO DA PERMEABILIDADE
Dados de partidaK~10-10
20 m.c.a.
espessura~15cm
Darcy:Vazão de água: ~(0,48cm3/hora)/m2
Tempo do percurso: ~35 anos
PAPEL DO CONCRETO PROJETADO NA IMPERMEABILIZAÇÃO
O próprio concreto projetado proporciona certa impermeabilização.
Em muitos túneis, ele é o único responsável por isso. A fissura faz o resto.
É a base para qualquer sistema de impermeabilização.
Quanto menos água passa pelo concreto projetado, menos se exige do sistema de impermeabilização.
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O QUE TER EM MENTE?
Não basta controlar a compacidade/resistência do concreto projetado: deve-se controlar fissuração.
Quanto maior a exigência de resistência, maior é o consumo de finos e, consequentemente, maior o nível de retração/fissuração
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O QUE TER EM MENTE?
Túneis são obras contínuas e o concreto projetado retrai sempre: com boa aderência há restrição e fissura...
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CUIDADOS NA ESPECIFICAÇÃO
Não basta usar modelos do concreto convencional
Exigências de desempenho devem ser compatíveis com a utilização
Resistência não é sinônimo de desempenho
Fibras podem ajudar quando bem especificadas
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ALTERNATIVA PARA CONTROLAR FISSURAS: USO DE FIBRAS
11
P P
Concreto sem fibras
P P
Menor concentração de tensões Linha de tensão
Matriz de concreto
Fibra de aço
Concreto com fibras
Fissura
Concentração de tensões Fissura
O QUE FOI FEITO NOS ÚLTIMOS TEMPOS?
É impossível imaginar que algo evolua sem um esforço de P&D.
Se alguma coisa foi feita e não se registrou, muito provavelmente vai se perder.
A evolução é contínua: não podemos pensar em soluções baseadas apenas na experiência: o que eu já fiz e funcionou...
PROCURANDO NA PLATAFORMA LATTES...
Em primeiro lugar aparece Danielicujo último artigo foi publicado em 2002
SITUAÇÃO DIFÍCIL: POUCA EVOLUÇÃO PERTO DAS NECESSIDADES
Apesar de esparsos, houve progressos:Publicação do novo fib Model Code
Publicação de modelos de previsão de comportamento
Melhor potencial de parametrização do material
Alternativas de controle do concreto projetado com fibras.
SITUAÇÃO ATUAL DO CRF
A evolução do CRF no Brasil está bem atrasada.
Na Europa já há aplicações em lajes de edifícios unicamente reforçadas com fibras (DESTRÉE, 2009).
Aqui ainda fazemos, principalmente, pavimentos e sem controle de qualidade adequado.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DO CRF NO BRASIL
Pavimentos63%
Concreto projetado
22%
Pré-fabricados
11%
Outros4%
2009
Pavimentos74%
Concreto projetado
20%
Pré-fabricados
3%
Outros3%
1o Semestre de 2010
DIFICULDADE: NORMAS OU FALTA DE...
Primeiramente: não há normas brasileiras de projeto estrutural e controle de qualidade no Brasil focando o CRF
Horizonte promissor: Novo Código Modelo fib
Adoção do modelo pela ABECE (2013)
NOVO CÓDIGO MODELO FIB
Comportamentos básicos do CRF
Baseado no trabalho: M. di Prisco, G. Plizzari, L. Vandewalle FIBER REINFORCED CONCRETE IN THE NEW FIB MODEL CODE. 3rd fib International Congress - 2010
LEIS CONSTITUTIVAS PARA TRAÇÃO UNIAXIAL
Para comportamento hardeningocorre a múltipla fissuração.
A indicação da abertura de fissura não é necessária: faz-se a avaliação experimental direta em ensaio de tração axial, sem entalhe (dog-bone) para obter a relação σ-ε:
Divide-se a deformação medida pelo braço de medida do extensômetro.
http://www.kz.tsukuba.ac.jp/~rclab/2frc-e.htm
NOVO CÓDIGO MODELO FIB
Comportamento básico e equações constitutivas. “a” se 0.5 ≤ fR3k/fR1k ≤ 0.7
“b” se 0.7 ≤ fR3k/fR1k ≤ 0.9“c” se 0.9 ≤ fR3k/fR1k ≤ 1.1 “d” se 1.1 ≤ fR3k/fR1k ≤ 1.3“e” se 1.3 ≤ fR3k/fR1k
fR1k/fLk ≥ 0,4fR3k/fR1k ≥ 0,5
TAMBÉM PODE USAR LVDT APOIADOS EM YOKE
Problema: dificuldade de realizar o ensaio com o concreto projetado.
GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR?
No Brasil nós mal controlamos a resistência à compressão:Poucos laboratórios acreditados pelo
INMETRO no Brasil (CARROMEU et al., em CBC IBRACON 2012)
Falta de confiabilidade nas determinações com variação dos resultados entre laboratórios (MAGALHÃES et al., em CBC IBRACON 2013).
GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR?
Tenacidade e comportamento pós-fissuração é muito pior:
P PP
ΔL ΔL ΔL
Não consegue com o JSCE-SF4:1984 (Guimarães e Figueiredo, 2002)
GRANDE PROBLEMA: COMO CONTROLAR?
Ensaio Barcelona Modificado:
Toaldo et al., 2013
Monte et al., 2014
y = 0,26xR² = 0,96
y = 0,40xR² = 0,80
y = 0,16xR² = 0,99
y = 0,26xR² = 0,76
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Re
sis
tên
cia
re
sid
ua
l -
Ba
rce
lon
a
(MP
a)
Resistência residual - JSCE (MPa)
ELS_aco
ELS_PP
ELU_aco
ELU_PP
NOVAS ANÁLISES:
Trabalho em desenvolvimento com César Luis Silva e Isaac Galobardes:
“Assessment of the sprayed concrete residual strength class using the Barcelona test”
EQUAÇÕES CONSTITUTIVAS:APLICADAS EM TUBOS
Ensaio Barcelona Modificado:
Bons resultados em tubos (Monte et al., 2014)
50kg/m3
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
Deflexão (mm)
Ca
rga
(kN
)
média
ABSORÇÃO DE ENERGIA
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 5 10 15 20 25
Deflexão (mm)
Ene
rgia
(J)
média
Caráter totalmente empírico!
Nível
(EFNARC)
Energia
absorvida (J)
A 500
B 700
C 1000
COMO CONTROLAR A FISSURAÇÃO DO TÚNEL?
Há como prever o comportamento em termos de fissuração?
Há como avaliar qual é o consumo de fibras necessário para esse controle?
Como avaliar o padrão de fissuração?
2
f
sh
shcdπ
V2(w)f
εL
w1εE
Comprimento do elemento
Força média de
arrancamentoda fibra
Máxima abertura de fissura
especificada
Volume de fibras
necessário
Características da fibra
Deformação de retração na
iminência da fissuração
Módulo de Elasticidade na iminência da
fissuração
NUNES, N.L. Contribuição para a aplicação do concreto reforçado com fibras de aço em elementos de superfície restringidos. 2006. 242p. Tese (Doutorado)
– Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, 2006.
CURVA ANALÍTICA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
Abertura da fissura (mm)
Qu
an
tid
ad
e d
e f
ibra
s (
kg
/m³)
F1
F2
FFF1 < FFF2
(NUNES, 2006)
Como avaliar o padrão de fissuração?
Importante contribuição de Galobardes et al., 2014
Resistência à compressão
Módulo de elasticidade
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(GP
a)
Compressive strength (MPa)
I II
GALOBARDES, I., et al., Estimation of the modulus of elasticity for sprayed concrete.Construction & Building Materials. Vol. 53. 28 February 2014, Pages 48–58.
COMO PARAMETRIZAR O CONCRETO PROJETADO?
Equations from the literature
Model Code 2010 Eurocode 2 EHE-08
Ecm
Ecm,j
𝐸𝑐𝑚 = 𝐸𝑐𝑜 · 𝛼𝐸 · 𝑓𝑐𝑘 + ∆𝑓
10
13
𝐸𝑐𝑚 ,𝑗 = 9.5 · 𝑓𝑐𝑚 ,𝑗3
𝐸𝑐𝑚 = 𝛼 · 8.5 · 𝑓𝑐𝑚3
𝐸𝑐𝑚 = 𝐸𝑐𝑜 · 𝛼𝐸 · 𝑓𝑐𝑚10
13
𝐸𝑐𝑚 ,𝑗 = 𝑒𝑥𝑝 𝑠 · 1− 28
𝑡 0.5
· 𝐸𝑐𝑚 𝐸𝑐𝑚 ,𝑗 =
𝑓𝑐𝑚 ,𝑗
𝑓𝑐𝑚
0.3
· 𝐸𝑐𝑚
Model Code 2010
Eurocode 2
EHE-08
MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO
GALOBARDES et al., 2014
Avaliação das equações existentes
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(GP
a)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2
Mod. EHE-08 Model Code 2010
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(GP
a)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2
Mod. EHE-08 Model Code 2010
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(GP
a)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2
Mod. EHE-08 Model Code 2010
Age: 28 d
Age: 1 d Age: 7 d
Evaluation of fit
MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO
Tendência se superestimação dos valores
GALOBARDES et al., 2014
Semi-analytical approachMathematical deduction
Rebound Voigt’s equation E = Va · Ea + Vm · Em
Va + Vm = 1 Va =E − EmEa − Em
• Difference between the volumes of aggregate ofconventional concrete (𝑉𝑎,𝑐) and sprayed concrete (𝑉𝑎,𝑠)is described as:
Va,s = Va,c · 1 − r
Es = Ec · 1 − r + Em · r
0
ESEC
= 1 − r = γrConsidering:
Eurocode 2 EHE-08
𝐸𝑐𝑚,𝑗 = 𝛾𝑝 · 𝛾𝑟 · 9.5 ·3𝑓𝑐𝑚,𝑗
𝐸𝑐𝑚,28 = 𝛾𝑝 · 𝛾𝑟 · 8.5 ·3𝑓𝑐𝑚,28 𝐸𝑐𝑚,𝑗 =
𝑓𝑐𝑚,𝑗
𝑓𝑐𝑚,28
0.3𝛾𝑝·𝛾𝑟
· 𝐸𝑐,𝑗
MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO
GALOBARDES et al., 2014
Semi-analytical approach
Age: 28 d
Age: 1 d Age: 7 d
Evaluation of fit
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(G
Pa
)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(G
Pa
)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80
Mo
du
lus
of
ela
stic
ity
(G
Pa
)
Compressive strength (MPa)
LAB Mod. Eurococde 2 Mod. EHE-08
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50
Ex
pe
rim
en
tal (
GP
a)
Estimation (MPa)
R2Mod. Eurocode 2 = 0.98
R2Mod.EHE-08 = 0.97
MODELOS DE PREVISÃO DE COMPORTAMENTO
GALOBARDES et al., 2014
• Considerando que E do concreto projetado é superestimado,deve-se avaliar as condições de tensão e fissuração dos projetoscom mais cuidado.
A IMPORTÂNCIA DO MÓDULO DE ELASTICIDADE
Deformação
específica
Ten
são
Material rígido
Material flexível
A FIBRA FUNCIONA DE FATO?
Projeto em andamento: Avaliação de alternativas de sistemas de reforço e caracterização de anéis segmentados de concreto para revestimento de túneis por TBM
A FIBRA FUNCIONA DE FATO?
Convencional: melhor desempenho no ELU
Sistema híbrido: melhor desempenho no ELS
PRECISA SE PREOCUPAR MESMO COM A PERMEABILIDADE DO PROJETADO?
Se utilizar uma manta de impermeabilização há necessidade de controle de fissuração?
A manta tem seus preços “estruturais” e “custo”...
Decisão de engenharia envolve custo de concepção!
COMENTÁRIOS FINAIS
Há que se reduzir custos globais das obras (execução, operação, manutenção, ambiental, etc.).
Há que se investir em P&D.
Mais importante ainda: transferir o conhecimento adquirido na pesquisa para a prática.
Se quiserem, podem tentar me convencer de que já está tudo resolvido...
Engenharia é desenvolvimento constante!
47
AGRADECIMENTOS
Meus “meninos”:Nelson Nunes, Isaac Galobardes, César Luis Silva, Cristiana Guimarães, Renata Monte e Guilherme Toaldo
Meu grande motivador:Dr. Pedro Boscov
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!
Antonio D. de Figueiredo
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo