As características mecânicas da mistura solo-cimento resultante das operações de jet grouting
são difíceis de prever visto que, como se refere na Secção 3.7, é verificada a influência de diferentes factores como (i) as propriedades do terreno inicial, (ii) o sistema de jet grouting, (iii) o elevado número de parâmetros executivos interdependentes (pressão do jacto, tempo de impacto do jacto, composição da calda de cimento e outros), e (iv) a qualidade da execução que se traduz na homogeneidade do material resultante.
Sêco e Pinto (2007) refere que da experiência decorre que o processo de injecção é, em geral, uniforme e que as propriedades mecânicas são homogéneas no elemento de jet. O mesmo autor acrescenta que a homogeneidade do material relaciona-se com a capacidade da calda resistir a mecanismos diferentes como a extrusão, decantação ou diluição da água durante a
penetração no solo. Por seu lado, Carreto (1999) explica a ocorrência de heterogeneidade no material melhorado pela heterogeneidade do próprio terreno, por falhas no controlo dos parâmetros de injecção ou pela mistura insuficiente entre a calda e o terreno erodido.
3.9.1
Resistência à compressão uniaxial
A resistência à compressão uniaxial de material melhorado por jet grouting é um dos
parâmetros mais usados no controlo da qualidade (Tinoco, 2012). Para a predição dos valores da propriedade mecânica em referência são usadas abordagens essencialmente empíricas. Os estudos conhecidos permitem a apresentação de intervalos de valores expectáveis, distinguindo entre resultados sobre solos coesivos e solos granulares, resultados sobre outros tipos de solos, e atendendo ao tipo de sistema de jet.
Pela análise do Quadro 3.8 a Quadro 3.11, verifica-se resistência à compressão uniaxial do solo melhorado é correlacionável com diversos parâmetros executivos, e.g.relação a/c, tipo de
cimento, entre outros (Xanthakos et al., 1994). De notar que os intervalos de valores propostos para este parâmetro apresentam alguma dispersão e diferem de autor para autor. A variação nos valores poderá ser explicada pelo tipo de terreno presente e a dosagem de cimento usada.
Quadro 3.8 Propostas de resistência à compressão uniaxial da mistura solo-cimento pelo sistema de jet simples, em função do tipo de solo
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL (MPa)
ARG. ORGÂNICA ARGILAS SILTES AREIAS CASCALHO
Langbehn (1986 in Xanthakos et al., 1994) * 0,7 – 7 8 – 12 8 – 12 14 – 17 17 – 21 ** 0,4 – 4 4 – 7 4 – 7 7 – 14 10 – 17 Mosiici e Guatteri (1986) *** – 2 6 12 - Baumann et al. (1984) *** – 3 – 10 3 – 10 5 – 14 6 – 18
Fiorotto (sem data) *** – 2 – 4 6 10 15
* intervalos de valores máximos ** intervalos de valores típicos *** Carreto (1999)
Quadro 3.9 Propostas de resistência à compressão uniaxial da mistura solo-cimento em função do tipo de solo (Kaidussis e Gomes de Tejada. 2000)
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL*(MPa)
ARGILAS SILTES AREIAS
Kaidussis e G. de Tejada (2000) 3 – 6 5 – 8 7 – 12
Quadro 3.10 Propostas de resistência à compressão uniaxial da mistura solo-cimento pelo sistema de jet
duplo e triplo, em função do tipo de solo (adaptado de Carreto, 1999)
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL (MPa)
TIPOS DE SOLOS ORGÂNICOS ARGILOSOS SILTOSOS ARENOSOS CASCALHOS
Welsh and Burke (1991) - 1 – 5 1 – 5 5 – 11 5 – 11
Baumann et al. (1984) - - 3 – 10 5 – 14 6 – 18
Paviani (1989) - 1 – 5 1 – 5 8 – 10 20 – 40
Teixeira et al. (1987) 0,5 – 2,5 1,5 – 3,5 2 – 4,5 2,5 – 8 -
JJGA (1995) 0,3 1 1 – 3 - -
Guatteri et al. (1994) - 0,5 – 4 1,5 – 5 3 – 8 -
De notar que as misturas de solo-cimento com solos de natureza granular apresentam uma tendência para valores de resistência mais elevados que misturas de solo-cimento com solos de natureza coesiva (Quadro 3.11). Neste âmbito, Dinis da Gama e Reis e Sousa (2008 in
Rodrigues 2009) sugerem ainda que um solo, de cariz arenoso, melhorado por jet grouting
apresenta características de resistência (e de deformabilidade) próximas das de um betão médio. Contudo, os valores apresentados nos quadros indicam, em geral, valores de resistência à compressão ligeiramente inferiores a um betão de classe C12/15 (pela norma NP EN 206-1, 2007), ou seja, equivalentes ao que se designa comummente por betão pobre.
Quadro 3.11 Propostas de resistência à compressão uniaxial da mistura solo-cimento em função do tipo de solo e tipo de sistema de jet grouting (Kauschinger and Welsh,1989 in Xanthakos et al.,1994)
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL (MPa)
SISTEMA SIMPLES SISTEMA DUPLO SISTEMA TRIPLO
Solos arenosos 10 – 30 7,5 – 15 10 – 20
Solos argilosos 1,5 – 10 1,5 – 5 1,5 – 7,5
3.9.2
Resistência à tracção
Considera-se que o material melhorado por jet groutingapresenta baixa resistência à tracção.
Nos casos em que seja necessário responder a solicitações dessa natureza, os elementos de
jet podem ser armados com elementos metálicos (tubos, varões, perfis) logo após a fase de injecção. Se não for viável reforçar os elementos de jet do modo indicado, é possivel projectá-los com uma certa inclinação, para que a resultante seja normal ao seu eixo (Carreto, 1999).
Apresentam-se no Quadro 3.12 alguns valores máximos para a propriedade em referência propostos por diferentes autores.
Quadro 3.12 Propostas de resistência à tracção da mistura solo-cimento em função do tipo de solo (adaptado de Carreto, 1999)
RESISTÊNCIA À TRACÇÃO (MPa)
TIPOS DE SOLOS ORGÂNICOS ARGILOSOS SILTOSOS ARENOSOS
Guatteri e Teixeira (1987) – 0,20 – 0,50 0,20 – 0,50 0,20 – 0,65
JJGA (1995) 0,07 0,20 – 0,13 – 0,33
3.9.3 Deformabilidade
De acordo com Xanthakos et al. (1994), os valores referentes ao módulo de deformabilidade do material resultante de jet grouting são mais dispersos que os valores de resistência à
compressão uniaxial (Quadro 3.13). Não obstante, verifica-se uma relação linear entre as duas propriedades, em que o módulo de deformabilidade aumenta com o aumento da resistência à compressão uniaxial (Gallavresi, 1992 in Carreto, 1999). Observa-se, também, uma tendência para o material melhorado em solos granulares apresentar menor deformabilidade que o material melhorado em solos coesivos.
Quadro 3.13 Propostas de módulo de deformabilidade em função do tipo de solo (adaptado de Xanthakos, 1994)
MÓDULO DE DEFORMABILIDADE (MPa)
TIPOS DE SOLOS ORGÂNICOS ARGILOSOS SILTOSOS ARENOSOS
Welsh and Burke (1991)* – 100 – 500
JJGA (1995)** 30 100 – 100 – 300
Kaidussis e G. de Tejada (2000) – 25 – 40 45 – 70 60 – 100
* Sistema triplo
** Módulos de deformabilidade secante para 50% da resistência à compressão simples.
3.10 Vantagens e limitações
A técnica de jet grouting apresenta diversas vantagens, nomeadamente: Aplicável à maioria dos solos
Permite melhorar a partir de um ponto uma área (volume) alargada; Muito eficiente e segura no reforço de fundações de estruturas;
Possibilidade de execução na zona envolvente de estruturas enterradas; Possibilidade de execução em espaços limitados;
Tratamento de zonas específicas no subsolo;
Permite atingir valores de resistência e permeabilidade pré-definidas; Não produz vibrações prejudiciais;
Não requer manutenção;
Em geral, mais rápido que outros métodos alternativos.
No entanto, reconhecem-se algumas limitações como sejam, entre outras, (i) a dependência dos valores de resistência e deformabilidade finais das características do terreno existente, (ii) a redução da resistência do terreno intervencionado logo após as operações de jet grouting
(apesar de nos primeiros dias de cura da calda de cimento, ser obtido um aumento de resistência significativo), (iii) as exigências no controlo de qualidade de execução.
Sintetizam-se no Quadro 3.14 algumas das vantagens e limitações referentes aos sistemas de
jet grouting mais relevantes.
Quadro 3.14 Algumas vantagens e limitações da técnica de jet grouting (adaptado de Burke, 2004)
SISTEMA VANTAGENS LIMITAÇÕES
SIMPLES – Sistema e equipamento simples
– Adequado a solos sem coesão – Menor nível de ruído e vibrações – Adequado para selagens
– Adequado à construção de elementos horizontais e sub-horizontais
– Dimensões (diâmetro e comprimento) mais pequenos
– Dificuldade em controlar o empolamento – Dificuldade em controlar a qualidade em
solos coesivos
DUPLO – Disponibilidade de equipamentos e
acessórios
– Obtenção de boas geometrias – Muita experiência
– Frequentemente a mais económica
– Grande dificuldade em controlar o empolamento em solos coesivos – Dificuldade em gerir o material de refluxo – Não é considerado, em geral, para reforço
de fundações directas
TRIPLO – Melhor controlo dos resultados
– Melhor qualidade em solos difíceis – Melhor sistema para reforço de fundações
directas
– Melhor controlo de refluxo e empolamento
– Sistema e equipamento complexo – Requer experiência significativa
4 C
ASO DE ESTUDO
No âmbito da presente dissertação foi analisado o caso de um projecto construtivo com o objectivo de concretizar o estudo do comportamento de solos de natureza margosa como material de empréstimo para a execução de aterros e das técnicas de reforço de terrenos usadas no empreendimento em causa. Por solicitação ao Dono de Obra, foram disponibilizados extractos do projecto e relatórios de acompanhamento da obra, com a devida autorização para a sua utilização e análise neste trabalho. Foi, no entanto, requerida a omissão do nome do Dono de Obra que será cumprida.
O caso de estudo apresentado divide-se em duas situações ocorrentes no mesmo empreendimento cujas características distintas conduziram à adopção de diferentes soluções de reforço. Neste capítulo é feita a contextualização da obra em termos de projecto geral e de enquadramento geológico e geotécnico. De seguida, cada caso é analisado individualmente no que diz respeito às suas especificidades construtivas e ao comportamento geotécnico em fase de construção. São discutidas as soluções técnicas propostas e é descrita a sua implementação. No âmbito do programa de controlo da qualidade do projecto são introduzidos os resultados da observação das obras durante e após a conclusão dos trabalhos. Para concluir, são apresentadas algumas considerações finais para cada situação.