Jet grouting

A mais recente técnica de melhoria de solos por injecção, denominada por jet

grouting, tem sofrido nos últimos anos um rápido desenvolvimento, sendo

utilizada em diversas situações, incluindo em obras provisórias e definitivas, nomeadamente, escavações, reforço de fundações, cortinas impermeáveis e túneis. A utilização crescente desta técnica foi acompanhada de um importante desenvolvimento ao nível dos sistemas de injecção, carecendo, todavia, de regras de dimensionamento e de controlo de qualidade (Viana da Fonseca, 2009).

A técnica de melhoria de solos jet grouting, que também é por vezes referida como jet mixing, consiste na melhoria das características geotécnicas do terreno, e baseia-se na erosão do solo através de jactos de água ou calda, em que são criadas colunas ou painéis de uma mistura de solo e calda. A calda pode ser imediatamente misturada, enquanto o solo é erodido, ou pode ser retirada essa parcela de solo e misturado com a calda, e posteriormente recolocado. Também se pode caracterizar como sendo um método de selagem que usa fluxos de alta pressão (6.000 psi ou 40 MPa) de caldas injectáveis que são utilizadas para erodir, substituir e as misturar com os solos. Esta técnica usa uma haste de broca rotativa e no momento ascendente utiliza as pequenas aberturas na sua estrutura para dirigir a calda horizontalmente, formando, dessa forma, colunas de solo melhorado. O diâmetro das colunas promovidas com esta técnica varia entre os 0,60 e os 4,5 metros, dependendo das condições do solo e da energia transmitida ao solo em questão.

CAPÍTULO 2

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Através da figura 2.24 é possível observar-se os momentos, ou fases, de melhoria de solo utilizando esta técnica, e que já tinham sido referidos anteriormente de forma sucinta. Numa análise mais precisa da figura é possível referir que:

 No momento 1 a máquina é colocada no local onde se pretende efectuar a melhoria do solo e a haste de sustentação da broca de furação é elevada até se encontrar na vertical;

 No momento 2 é efectuado o furo no solo a melhorar;

 Nos momentos 3 e 4, e após se proceder à furação até à profundidade desejada, é extraída a broca de furação, a qual contempla na sua estrutura mais avançada pequenos orifícios, pelos quais é injectada a calda;

 No momento 5, e após a primeira coluna estar executada e selada, avança-se para a execução de colunas adjacentes, repetindo o processo.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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Figura 2.24: Esquema dos momentos de melhoria de solo através da técnica de jet grouting

(Fonte: [23]).

O jet grouting pode ainda ser mencionado como sendo o único tipo de melhoria de solo que é capaz de tratar todos os tipos de solos, desde as argilas até aos cascalhos, sendo também bastante útil em zonas onde se pretende executar melhorias isoladas, podendo mesmo estas serem executadas em situações onde já existem elementos edificados, conseguindo que a beneficiação do solo se promova em torno do elemento ou até mesmo no seu solo de fundação.

A figura seguinte compara o domínio de aplicação da técnica de jet grouting com as de outras técnicas de injecção de caldas, em função da granulometria dos solos a intervencionar. Analisando a figura é possível afirmar que as injecções de caldas convencionais e químicas estão restritas à aplicação em solos muito grosseiros, seixos e argilas, devido essencialmente à penetrabilidade das mesmas, perdendo eficácia em solos mais finos, como os siltes e argilas.

CAPÍTULO 2

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Figura 2.25: Intervalo de aplicação de jet grouting em comparação com outras técnicas de

injecção de caldas (adaptado de poly.edu, 2008).

Para alguns autores, como é o caso de Falcão et al. (2000), esta técnica resume-se à injecção de calda de cimento no terreno a grandes pressões e velocidades. A acção conjugada de pressão e da velocidade dos jactos de injecção fazem com que o solo, em profundidade, se desagregue, promovendo ainda a aglutinação entre a calda de cimento e o solo, formando, deste modo, um terreno com características melhores e mais “homogéneas”. Ao mesmo tempo, forma-se um refluxo de material que sai à boca do furo, sendo este uma mistura de solo com calda. A criação de corpos de jet (colunas ou painéis) é conseguida através da transformação da energia potencial de bombeamento da calda em energia cinética.

Ela deverá ser utilizada nas seguintes condições:

 Quando o solo dispõe de uma resistência insuficiente para suportar uma alteração do respectivo estado de tensões, por incremento (capacidade de carga) ou por alívio (escavação);

 Quando o solo é excessivamente permeável, inadequado a impedir indesejáveis circulações de água subterrânea.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

59 Para Viana da Fonseca (2009) o processo físico da técnica de jet grouting

envolve as 3 etapas que a seguir se descrevem:

 Corte: a estrutura inicial ou nativa do solo é quebrada e as partículas de solo ou fragmentos do solo são dispersos pela acção de um ou mais jactos horizontas de elevada velocidade.

 Mistura e substituição parcial: uma parte das partículas ou fragmentos do solo é substituída e a outra parte é misturada intimamente com a calda injectada a partir dos bicos de injecção.

 Cimentação: as partículas ou fragmentos de solo são aglutinadas entre si pela acção auto endurecedora da calda, formando um corpo consolidado.

Ainda para este autor a técnica de jet grouting subdivide-se, essencialmente, em três métodos que se baseiam no mesmo processo físico, sendo estes apresentados na figura seguinte. São designados por sistema de jacto simples, ou Jet1, sistema de jacto duplo, ou Jet2, e sistema de jacto triplo, ou Jet3.

Figura 2.26: Métodos de jet grouting: Jet1, Jet2 e Jet3 (Adaptado de Viana da Fonseca,

CAPÍTULO 2

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Valente et al. (2008) realizaram um estudo laboratorial de misturas solo- cimento para aplicação em jet grouting, utilizado para suporte à realização de colunas teste utilizando esta técnica. Os ensaios por eles realizados tiveram como adjuvante na mistura de solo-cimento cimento CEM I 42,5R, e tinham como principal objectivo a definição do módulo de deformabilidade e a resistência das misturas em idades de 56 e 84 dias. Foram formuladas ainda duas misturas de interesse para este trabalho, em percentagens de solo/cimento de 70%/30% e 50%/50%. Como resultados deste trabalho obtiveram os valores que se apresentam no quadro seguinte:

Quadro 2.2: Resultados obtidos por Valente et al. (2008) para as relações solo/cimento

apresentadas.

Etg50%(GPa) QUlt.(MPa)

56 dias 84 dias 56 dias 84 dias

CEM I 42,5 R

(70%/30%) 2,6 2,7 4,9 5,1

CEM I 42,5 R

(50%/50%) 1,4 17 2,4 2,8

Esta técnica, e como já foi referido anteriormente, caracteriza-se por se expor a uma vasta gama de aplicações, remetendo essa gama de aplicações para potenciais situações em que a mesma pode ser utilizada. Assim, em forma de conclusão e para um melhor entendimento desta técnica e dos seus potenciais, é adaptada para o quadro 2.3 a tabela de Viana da Fonseca (2009), pois, a partir da mesma, é possível efectuar-se uma melhor compreensão das possíveis aplicações desta técnica, correlacionando-as com as situações em que pode ser utilizada.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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Quadro 2.3: Quadro representativo das aplicações e potenciais situações de aplicação da

técnica de jet grouting (adaptado de Viana da Fonseca, 2009).

Aplicações Potenciais situações de aplicação da técnica de jet grouting

Imagens (Fonte:

[25])

Túneis

 Construção em zonas urbanas de túneis de reduzido recobrimento em terrenos de características mecânicas medíocres.  Consolidação de abóbodas de túneis a

partir do seu interior ou a partir da superfície (para profundidades inferiores a 20 metros).

 Consolidação de frentes de túneis em terrenos constituídos por solos moles e saturados.

 Criação de lajes estanques na soleira e impermeabilização de hasteais e da abobada.

 Consolidação da entrada e saída de tuneladoras com escudo.

 Tratamento de camadas muito permeáveis com níveis de água confinados, intersectadas pelo traçado do túnel e que podem originar carreamentos de solo devido às suas elevadas pressões.

Escavações

 Construção de lajes de fundo com função

de contraventamento e/ou de

CAPÍTULO 2

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Quadro 2.3: (Continuação) Quadro representativo das aplicações e potenciais situações de

aplicação da técnica de jet grouting (adaptado de Viana da Fonseca, 2009).

Aplicações Potenciais situações de aplicação da técnica de jet grouting

Imagens (Fonte:

[25])

Escavações

 Contenções laterais de escavações que também podem funcionar como cortinas de estanqueidade (em particular em terrenos com obstáculos inultrapassáveis por estacas prancha ou por paredes moldadas).

 Reforço de cortinas com descontinuidades e passagens de água para o interior da escavação.

Reforço de fundações

 Reforço de qualquer tipo de fundação com excepção daquelas que têm elevada sensibilidade a assentamentos e cuja carga é transmitida às colunas antes destas atingirem a resistência de projecto.

 Reforço de fundações a partir do interior da própria estrutura.

 Reforço de fundações constituídas por estacas de madeira deterioradas.

Estabilização de taludes

 Estabilização por atravessamento da massa de solo potencialmente instável.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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Quadro 2.3: (Continuação) Quadro representativo das aplicações e potenciais situações de

aplicação da técnica de jet grouting (adaptado de Viana da Fonseca, 2009).

Aplicações Potenciais situações de aplicação da técnica de jet grouting

Imagens (Fonte:

[25])

Cortinas de estanqueidade

 Escavações a cotas inferiores ao nível freático.

 Cortinas de estanqueidade em barragens ou outras estruturas.

 Cortinas de estanqueidade em terrenos com cavidades cársticas preenchidas com siltes.

 Cortinas de estanqueidade em terrenos que incluem blocos ou obstáculos de grandes dimensões.

 Cortinas de estanqueidade em terrenos com camadas alternativas de solos argilosos com solos arenosos.