7.3.1.PROCESSO FÍSICO
O processo físico da tecnologia de jet grouting compreende, resumidamente, as seguintes fases (Viana da Fonseca, 2009b):
O corte, que permite a desagregação da estrutura inicial do maciço, sendo as partículas ou fragmentos do solo dispersos pela ação de um ou mais jatos horizontais de elevada velocidade;
A mistura e substituição parcial, onde uma fração das partículas do solo é substituída e a outra fração é completamente misturada com a calda de cimento, injetada através dos bicos de injeção;
A cimentação, onde ocorre a aglutinação dos fragmentos do solo produzidos, pela ação endurecedora da calda, dando origem a um corpo consolidado.
Quanto ao processo executivo da técnica, de um modo genérico, este pode ser dividido em três fases (Figura 7.3) (Rodrigues, 2009):
A furação, onde a sonda é colocada em posição nivelada, com o eixo da vara coincidente com o eixo da coluna, caso se pretenda criar um corpo de jet grout cilíndrico, ou então, no caso de um painel, coincidente com uma das suas extremidades. Seguidamente, com o auxílio de um jato de água vertical, introduz-se a vara no solo até se atingir a profundidade definida no projeto. Posto isto, obtura-se a válvula de água;
A injeção, onde ocorre o tratamento do terreno, pela injeção da calda de cimento através de um ou mais bicos injetores. Esta fase é fortemente dependente do tipo de geometria pretendido. Deste modo, se o objetivo for a obtenção de um corpo cilíndrico, confere-se à vara um movimento rotacional, iniciando-se a bombagem da calda no seu interior, ao mesmo tempo que a vara é elevada ao longo do furo com uma velocidade constante, permitindo a ascensão da vara de um comprimento fixo a cada período de tempo;
A selagem e recomeço, onde se remove a vara, após a conclusão do corpo de solo- cimento, e se preenche a parte restante do furo com calda por gravidade, até ao seu topo. Caso o objetivo seja a execução de um corpo de geometria plana, o processo é em tudo semelhante ao acima descrito, com a única diferença de que a ascensão da vara se dá sem movimento rotacional.
Fig.7.3 – Esquema do procedimento de execução do jet grouting: a) introdução da vara; b) saída do jato de água, de ar ou de ambos; c) elevação rotacional da vara com a injeção simultânea da calda para a criação de uma
coluna; d) criação de uma parede de colunas [71]
7.3.2.SISTEMAS DE JET GROUTING EXISTENTES
A evolução da tecnologia de jet grouting ocorrida ao longo dos anos, desde que a técnica foi criada, permitiu o desenvolvimento de três sistemas base distintos (Figura 7.4), mas que se baseiam no mesmo processo físico. Estes diferem fundamentalmente, nos elementos e características aplicadas
para a desagregação e mistura do solo com a calda de cimento. Deste modo, de seguida enumeram-se os três sistemas base:
Sistema de jato simples, vulgarmente conhecido por jet 1; Sistema de jato duplo, também designado por jet 2; Sistema de jato triplo, comummente designado por jet 3.
Fig.7.4 – Sistemas base de jet grouting: a) jet 1, b) jet 2 e c) jet 3 [71]
É importante referir também, que após a criação destes sistemas base, surgiram também algumas variações dos mesmos, nomeadamente o Super Jet e o X-jet ou Cross-jet, que representam, essencialmente, uma melhoria na capacidade de produção de colunas de maiores diâmetros e com mais precisão.
Quanto ao sistema de jato simples, a desagregação e mistura das partículas de solo com a calda de cimento injetada é promovida pela ação de um ou mais jatos horizontais de grande velocidade.
A aplicação deste sistema é, usualmente, limitada aos solos incoerentes que apresentam um valor de NSPT menor que 20, e no caso dos solos coesivos, àqueles com um NSPT inferior a 5-10 pancadas. Estas restrições explicam-se através da maior resistência oferecida à ação do jato, pelos maciços mais densos e consistentes (Pinto, 2008).
Relativamente ao sistema de jato duplo, este distingue-se do anterior pela utilização de um jato de ar comprimido, que envolve o jato de calda, possibilitando assim uma maior capacidade de erosão e alcance do mesmo. O ar comprimido e a calda de cimento circulam separadamente em duas varas coaxiais instaladas, sendo os dois recursos misturados no bico injetor comum (Kaidussis e Gomez de Tejada, 2000).
Salienta-se que o sistema de jato duplo, pelas características apresentadas, tem a capacidade de produzir colunas de maior diâmetro que o sistema de jato simples.
O sistema jet 2 pode ser aplicado em vários tipos de solos, desde as argilas às areias, e até em solos cascalhentos. Porém a sua utilização em solos coesivos é, normalmente, limitada aos terrenos com valores do ensaio SPT inferiores a 10 (Pinto, 2008).
No que toca ao sistema de jato triplo, este é o mais complexo dos três, na medida em que opera separando as ações de desagregação do terreno do procedimento de preenchimento e mistura dos fragmentos desagregados.
Para o efeito, são usadas três varas coaxiais, por onde circulam separadamente o ar, a água e a calda, e dois bicos injetores localizados em níveis diferentes. O bico superior, injeta água para erodir o solo, destruindo a estrutura do maciço, sendo este jato de água envolvido pelo jato de ar, que tem a função de impedir a dispersão do jato de água, potenciando a sua ação. O bico inferior tem a função de injetar a calda de cimento, que se mistura com o terreno, após a passagem do jato de água e ar, originando então o corpo de jet grout desejado (Kaidussis e Gomez de Tejada, 2000; Carreto, 1999 citada por Roberto, 2012).
Refere-se ainda que este método pode ser usado em qualquer tipo de solos, porém, em solos coesivos, a sua utilização tem sido limitada aos solos com valores de NSPT inferiores a 15 (Pinto, 2008).
Tendo-se apresentado os diferentes sistemas base de jet grouting, faz-se agora uma breve referência aos sistemas variantes designados de Super Jet e X-jet (ou Cross-jet).
Segundo Burke e Smith (2000) citados por Roberto (2012), o Super Jet (Figura 7.5) é um método que deriva do sistema de jato duplo, que consiste, essencialmente, em dois bicos injetores opostos que injetam no solo a calda de cimento envolta em água ou ar, tal como no jet 2. A sua conceção teve como objetivo a concentração do fluxo de injeção e a minimização da sua dispersão, o que permite obter uma maior eficácia no processo, que aliada a uma lenta rotação e elevação da vara, torna possível a execução de colunas com diâmetros de cerca de 5 metros.
Fig.7.5 – Representação do sistema Super Jet [75]
Por último, o sistema X-jet (Figura 7.6), como referido em 7.1, baseia-se na aplicação de dois jatos de água/ar, para erodir o solo, que se intersetam a cerca de 1 metro de distância do ponto de injeção, e por um terceiro jato que se situa abaixo destes, cuja função é a injeção da calda. A energia de corte, resultante dos dois jatos de água/ar, é gradualmente reduzida, no ponto de interseção dos dois jatos, devido à dispersão de energia que aí ocorre. Este método é utilizado para a produção de colunas de 2 a 2,5 metros de diâmetro e permite uma grande precisão de geometria, sendo importante para tal que se definam corretamente a velocidade de rotação e de elevação da vara, bem como a calibração dos bicos injetores, para garantir a erosão do terreno, a colisão dos jatos e a consequente dispersão de energia (Welsh e Burke, 2000 citados por Roberto, 2012).
Fig.7.6 – Sistema X-jet [88]
A escolha do sistema de jet grouting a utilizar depende, principalmente, dos seguintes aspetos (Coelho, 1996):
Do tipo de projeto;
Das características pretendidas para os corpos de jet grout (resistência, diâmetro das colunas, etc.);
Do terreno (solos granulares ou coerentes);
Da influência da profundidade sobre os desvios dos furos; Do orçamento para a obra.
7.3.3.ELEMENTOS E ESTRUTURAS DE JET GROUT
Um elemento de jet grout é um corpo de solo-cimento, que pode assumir diversas geometrias, resultantes do tratamento do solo anteriormente descrito, que a tecnologia permite efetuar. Pela junção dos diferentes elementos criados constroem-se estruturas de jet grout, podendo estas também adquirir várias formas, consoante a finalidade (Figura 7.7).
Deste modo, de seguida referem-se as geometrias dos elementos de jet grout, mais frequentemente utilizadas:
As colunas circulares, semi-circulares ou parciais; Os painéis simples ou duplos.
Fig.7.7 – Esquema de estruturas em jet grout: a) cortina de colunas, b) painel simples; c) painel duplo [75]
Como já mencionado, a criação das colunas e dos painéis difere, fundamentalmente, no facto de se conferir ou não velocidade de rotação à vara no momento de execução do corpo.
rodar 180º, e assim sucessivamente para as restantes situações. Quando se pretende construir painéis não se confere, portanto, movimento de rotação à vara durante a execução (Figura 7.8).
Fig.7.8 – Elementos de jet grout: a) A - um quarto de coluna, B - meia coluna e C - coluna completa; b) painel [43]
É de salientar que as colunas circulares, pela sua facilidade em formar qualquer tipo de geometria, quando agrupadas, têm vindo a ser escolhidas em detrimento dos painéis. As colunas são muito utilizadas em obras de reforço de fundações, de estabilização de túneis e taludes, podendo também dar origem a cortinas de contenção e de impermeabilização.
Um aspeto a ter em especial atenção é o facto de se ter de cumprir o tempo estritamente necessário para a realização do corpo de jet grout, para este não se criar com deformações, nem se dar um consumo excessivo da calda de cimento, situação que é desfavorável em termos económicos.