Injecção de caldas

Com a evolução de todas as características associadas aos processos construtivos verificou-se uma crescente necessidade de utilizar nas obras geotécnicas, e mais especificamente em obras que envolvessem solos, técnicas de melhoria devido, principalmente, ao aumento do nível de exigência, quer devido a factores de ordem técnica, quer devido a factores relacionados com a segurança pretendida na sua execução. Entre elas, incluem-se as injecções de caldas em solos, a baixa e elevada pressão.

A injecção de uma calda pode ser definida como sendo o processo em que se promove a injecção controlada de material, que se encontra inicialmente em fase líquida temporária, no solo ou em diáclases de rochas, onde endurece melhorando as características dos mesmos. Esta introdução de um elemento fluido para melhoria das características dos elementos existentes dá-se em larga escala devido a necessidades de natureza geotécnica.

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Esta injecção é indirectamente controlada pelo ajuste das características reológicas da calda e pela manipulação dos parâmetros de injecção (pressão, volume e caudal) (Dinis, 2010).

Figura 2.20: Misturador duplo horizontal para caldas de cimento (Fonte: [19]).

Todo o processo de aplicação da calda e a sua adequabilidade a cada caso devem ser estudados e acompanhados em particular, uma vez que a sua inadequabilidade pode provocar danos em estruturas adjacentes, ou até mesmo induzir contaminações nos locais onde são aplicadas.

Uma calda de injecção pode ser constituída por diversos materiais. As caldas são constituídas por materiais que podem ser divididos em ligantes hidráulicos, que incluem todos os cimentos e produtos similares utilizados em suspensões aquosas, minerais de argila, areia, seixo e inertes, produtos químicos e adjuvantes, água e outros componentes. Os elementos que constituem uma determinada calda devem reagir bem entre si, bem como deve ser garantida a sua compatibilidade com o solo a tratar.

Estas podem ainda ser classificadas como sendo soluções, colóides, suspensões, pastas e argamassas, por ordem crescente do tamanho das partículas que as constituem.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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Figura 2.21: Sistema de injecção de calda de cimento manual (Fonte: [20]).

O tipo de calda a ser utilizado em cada situação deve ser escolhido tendo em atenção as suas propriedades intrínsecas. Estas propriedades são:

 Reologia (por exemplo, fluidez, coesão, etc.), tempo de presa e estabilidade;

 Tamanho das partículas, se for utilizado um elemento que torne necessária esta análise;

 Tensão e durabilidade;  Toxicidade.

A utilização do processo de injecção de calda está a evoluir rapidamente e tem-se como sendo um dos processos mais usuais nos últimos anos devido à necessidade de maior controlo do comportamento do solo em zonas urbanas dada a sua “sobre-utilização”, e devido à maior necessidade de desenvolvimento de estruturas subterrâneas nestes locais.

Contudo, este método de melhoria de solo não deve ser utilizado de forma leviana, devendo cumprir pelo menos um dos seguintes objectivos:

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 Uniformizar e diminuir a permeabilidade do maciço, dificultando a circulação da água;

 Melhorar a capacidade resistente do solo em que se utilizam;  Melhorar as condições de estabilidade;

Figura 2.22: Sistema avançado de injecção de calda de cimento de elevado desempenho, em

contentor, para montagem em camião (Fonte: [21]).

Esta é assim uma técnica que, quando aplicada de forma a cumprir um dos objectivos mencionados, pode ser de extrema utilidade quando se pretende:

 Reduzir a permeabilidade da massa de solo;

 Formar uma barreira ao fluxo natural da água ou de um qualquer contaminante de solo;

 Fortalecer um determinado solo por forma a melhorar a sua resposta às solicitações das fundações de elementos edificados, sustentando dessa forma as estruturas;

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

53  Fortalecer os solos no sentido de melhorar a sua estabilidade quando

são executadas escavações, em especial no sentido de melhorar as bases destas, podendo facilitar nos actos de escavação de tuneis ou poços;

 Tornar os solos mais densos com o intuito de prevenir a liquefacção dos mesmos;

 Elevar estruturas ou pavimentos;

É ainda de referir que a utilização desta técnica implica a furação em zonas a tratar. Assim, na fase de dimensionamento dos furos deve sempre estar presente que se devem cumprir os objectivos acima descritos, visando sempre o menor custo e a maior eficácia possíveis.

Figura 2.23: Plataforma de perfuração DTH para injecção de calda de cimento a jacto

(Fonte: [22]).

A posição relativa dos furos e dos consequentes pontos de injecção na área de solo a ser melhorado vai depender:

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 Da geometria da zona a tratar;

 De restrições físicas que influenciam a posição dos furos;  De tolerâncias direccionais expectáveis do furo;

 Da avaliação do raio de efeito expectável da calda. 

Também se toma como sendo de relevante interesse as características dos furos e dos pontos de injecção, tais como a posição, o número, diâmetro, profundidade, inclinação e orientação, pois estas dependem de características geológicas, do tipo de estrutura a tratar, da escala de trabalhos, dos objectivos a alcançar, do método e propósito da injecção, do tipo e da quantidade de calda a utilizar e da pressão de injecção.

Para alguns autores, como é o exemplo de Falcão et al. (2004), existem três tipos de injecções de caldas de baixa pressão de especial interesse, que são a permeação, que visa o preenchimento dos espaços vazios existentes entre as partículas constituintes do terreno, conduzindo a uma diminuição do índice de vazios e a um incremento no nível de consolidação, e a compensação, que tem como objectivo compensar assentamentos ou compactar solos através de um aumento de volume. Este tipo de injecção de caldas a baixa pressão inclui as seguintes técnicas:

 Fracturação – pretende obter um acréscimo nas características resistentes do terreno; consiste na abertura de pequenas fissuras (hidrofracturação) que, ao serem preenchidas por calda de cimento, comprimem o terreno envolvente, gerando empolamentos;

 Compactação – tem como objectivo rearranjar a estrutura do solo através da injecção de calda e, desse modo, compactá-lo diminuindo, assim, os espaços vazios e aumentando a sua resistência.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

55 Uma das novas técnicas de injecção de terrenos é o jet grouting, que se

distingue das anteriores por injectar a pressão elevada, utilizando ar comprimido ou água para ajudar a destruir a estrutura física do solo efectuando-se, em seguida, a injecção da calda de cimento que vai substituir/misturar-se com o solo (Croce et Flora, 2000).