50) INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO PARA IMPEDIR RECALQUE EM PLATAFORMA FERROVIÁRIA

1 - Injeção de Consolidação de Maciço em Plataforma Ferroviária

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 2 - Generalidades

 2.1 -  Condições Geológico - Geotécnicas e Histórico do local

 Entender o problema com um perfil geológico-geotécnico nas mãos é a garantia de sucesso da obra.

Perfil Geológico - Geotécnico

Principalmente quando exista a ocorrência de solo-mole, orgânico e camadas onde haja a necessidade de introdução de novos esforços para a finalidade de melhorar a condição da fundação do maciço.

Nas plataformas ferroviária e muito comum ouvir relatos dos maquinistas ferroviários de que os trens em alguns trechos ao se locomoverem pela linha férrea terem impactos causados por desníveis causados por recalques ao longo de determinado trecho, principalmente quando o trem sai de um túnel em maciço rochoso e cai no aterro.

Tratamento utilizado para injeção na tentativa de eliminar

vazamento e recalque de bueiros na ferrovia 

Injeções inclinadas de Montante do Túnel

Injeções de Consolidação de Montante

Vista dos tubos manchetados instalados prontos para injeção ou reinjeção

Interior da estrutura metálica do Túnel Linner tratado exteriormente por injeção de calda de cimento, formando um involucro de segurança,  permitindo prosseguir de forma a estabilizar e garantir a segurança do trabalho dos trabalhadores

Detalhe do canteiro de obras da frente de serviço

A técnica de tratamento do maciço ferroviário abaixo dos locais onde é identificado este problemas através da introdução de execução de perfurações na forma de leque que consiga sem impedir o trafego da linha férrea, introduzindo nestes furos, tubos de PVC manchetas até atingir a região do solo mole ou do solo que tem determinada particularidade de apresentação de recalque para que nestes locais através da injeção de calda de cimento nas manchetes seja possível a abertura das mesmas para formação de bulbo (estaca de cimento) e tratamento de consolidação da área vizinhoacom a calda de cimento, que irá melhorar a capacidade de suporte do solo. A introdução dos cimento nos vazios do solo promove uma nova configuração deixando o solo mais resistente, como consequência impedindo o recalque.

Detalhe do leque de tubos de PVC manchetados 

e da formação das estacas e consolidação lateral

Em locais que se é possível fazer a sondagem geológico-geotécnica o que é mais corretos, antes do tratamento temos uma medida do SPT ao longo das camadas de solo, após o tratamento com injeção de calda de cimento, a medida do SPT aumenta ao longo do maciço, demonstrando assim a perfeita eficiência do processo. A medida que se puder ir injetando em novas fazes a melhora do SPT também aumenta, as vezes e necessária a execução de várias fases de injeção, sendo necessário um controle de campo eficiente e um mapeamento dos resultados.

Detalhe típico de um determinado local a ser tratado com a posição dos furos onde será executado o tratamento e aplicação de perfuração, seguida de instalação de tubos de PVC manchetados para injeção da calda de cimento para tratamento da área com problema de recalque ou afundamento.

Em alguns casos temos inclusive de parar de injetar, pois teremos de fazer o controle do nível das linhas, pois existe o risco da eficiência do tratamento ser tão grande a ponto de se fazer um macaqueamento hidráulico da calda de cimento injetado no maciço ferroviário, sendo esse controle necessário para evitar desnível na linha ferroviária.

Após o tratamento de injeção e sempre indicado as socadoras e niveladoras de linha fazerem a manutenção após os serviços do trecho tratado.

2.2 - Conceituação do Tratamento

Das condições descritas no item anterior, conclui-se da necessidade de adoção de uma sequência de furos dos dois lados da linha em forma de leque com furos intercalados a cada 50 cm com cerca de 30° de inclinação, o que pode variar de acordo com o gabarito ferroviário com profundidades variadas podendo chegar até 25,00 m ou mais dependendo do local a ser tratado, a ponto de se permitir atingir a profundidade necessária para consolidação e melhoria da capacidade de suporte de carga do solo. As manchetes serão a cada 50 cm pois garantem melhor eficiência no tratamento da consolidação e tratamento do solo. 

 2.3 -  Descrição do Tratamento

 Basicamente os serviços serão executados nas seguintes etapas:

1.  Montagem do canteiro de obras, contendo área de vivencia adequada, central de injeção de forma que os serviços possam acompanhar vários pontos da ferrovia.

2. Montagem no canteiro de obras do tubo de PVC manchetado e estoque mínimo necessário para aplicação nos furos perfurados.

Tubo de PVC manchetado, estoque mínimo 

na frente de serviço

3.  Execução da Perfuração roto percussiva, com furo revestido dependendo da condição geológico geotécnica do local, para permitir a instalação do tubo de pvc manchetado de forma a fazer uma malha de furos primários espaçados a cada 0,50 m.

Deslocamento da Perfuratriz lateralmente a ferrovia

Posicionamento da Perfuratriz 

no local definido pelo projeto

SEÇÃO TRANSVERSAL PARA PERFURAÇÃO COM GABARITO REDUZIDO

Início da Perfuração Roto-Percussiva

Detalhe da perfuração com revestimento

Dependendo do local onde não houver espaço para a colocação de uma perfuratriz convencional sobre esteira, poderá ser utilizado a torre de perfuração montada sobre andaimes com controle de central hidráulica lateral

4. Aplicação do tubo manchetado no interior do furo ou do tubo de revestimento;

Detalhe da perfuração roto-percussiva por dentro do furo

 já revestido para poder aplicar o tubo manchetado

Introdução do tubo de PVC manchetado no interior do revestimento

5. Injeção da bainha com calda de cimento, aplicando a injeção na última manchete de maneira ascendente a calda de cimento vazar pela boca.

Detalhe do tubo de PVC após a injeção

Detalhe do funcionário aplicando o obturador de 

injeção no tubo de PVC manchetado

6. Saque do revestimento, e em paralelo aplicação do tubo de pvc manchetado, que também poderá ser inserido por imersão direto sobre a calda de cimento caso a perfuração seja mais curta, ou mantido dentro do revestimento a medida que a manobra de saque do mesmo e feito, pois geralmente o revestimento e sacado em seções que podem variar de 1,50 m a 3,00 m. 

7. Geralmente, após aplicada a injeção de bainha, no mesmo dia é aplicado o tubo manchetado em vários furos sendo que se volta a atividade no dia seguinte para início da injeção de fases; pois o tubo manchetado protegido pela injeção de calda de cimento feito na bainha, já impede do furo fechar, evitando o estrangulamento das manchetes.

 8.  Execução e injeção dos furos no dia seguinte adjacentes aos furos, podendo executá-los na sequencia ou intercalando os mesmos, sempre atento aos critérios definidos pelo engenheiro geotécnico e projetista para o controle das pressões de injeção e consumo de calda de cimento registrando as  absorções de cimento e os controles de pressões manchete por manchete em boletim adequado colocando as datas e os consumos, bem como registrando as pressões.

Misturador e Agitador duplo horizontal 

Esquema da montagem da bancada de injeção da estaca

 2.4 - Furos Exploratórios

 2.4.1 - Geral

Os furos exploratórios, geralmente são considerados os primeiro furos de um determinado trecho da ferrovia, servem para análise do comportamento da pressão inicial e até mesmo da absorção da calda de cimento, podendo ser feito com perfuração roto percussiva que vai definir os locais de solo e topo rochoso bem como poderão ser executados com sondagem rotativa, diâmetro NX, com retirada de amostra indeformada e  classificação de testemunhos.

Os ensaios de perda d’água poderão ser executados em trechos de 3,0 m e em 3 estágios de pressão, porém geralmente com o critério de injeção de calda a critério do projetista poderão ser eventualmente eliminados, apenas com o estudo do comportamento da injeção no furo exploratório.

Os furos exploratórios serão injetados segundo os mesmos critérios definidos para o restante do trecho a ser tratado

2.4.2 - Execução dos Furos

Preferencialmente os furos exploratórios deverão ser executados a partir do terreno natural, antes da escavação prevista no projeto.

Os equipamentos a serem utilizados na execução dos furos serão os convencionais do tipo perfuratrizes sobre esteira roto percussivas ou equipamentos utilizados nas sondagens com retirada de testemunhos em rocha. Os equipamentos de furação deverão ter características e estar em condições de executar os furos na sua totalidade de comprimento e de preferência com recuperação do material fragmentado que sai pelo ar comprimido ou até mesmo retirado pelo amostrador da sondagem quando for necessário para que se possa ter uma ideia do comportamento de pelo menos 70% do furo.

O Consultor poderá autorizar o aprofundamento de um determinado furo exploratório, caso o mesmo não tenha atingido um maciço rochoso com onde tenha se detectado uma grande absorção de calda 

 2.4.3 - Ensaios de Perda d’Água

Os ensaios de perda d’água sob-pressão serão facultativos a critério do consultor e se forem executados devem ser feitos em trechos de 3,0 m, em 3 estágios de pressão, e a medida que o furo for sendo perfurado.

Previamente à execução do ensaio, o trecho do furo deverá ser lavado com água sob-pressão, de forma a remover todos os detritos da parede e do fundo do furo.

As pressões a serem utilizadas nos 3 estágios serão a pressão inicial, pressão máxima e pressão final. 

As pressões iniciais e finais deverão ter um valor correspondente a 50% da pressão máxima.

A pressão máxima de ensaio será definida pela equação:             

                  Pmáx = 0,25H       onde,

 Pmáx = pressão máxima de injeção (Kgf/cm2)

H = profundidade em metros do obturador, contado a partir da boca do furo.

2.5 - Injeção dos Furos

Para injeção dos furos serão adotados os critérios estabelecidos pelo projeto para o trecho da ferrovia a ser tratado.

2.6 - Trecho a ser perfurado

2.6.1 - Perfuração

Os furos serão executados lateralmente a ferrovia de tal sorte que fique fora do gabarito ferroviário garantindo a segurança dos trabalhadores e de tal maneira que a locomotiva não atinja os equipamentos conforme gabarito prevista em projeto. O trecho de solo ou saprolito existente sobre a camada de rocha alterada a ser tratada, deverá ser perfurado por percussão ou por lavagem, com revestimento do furo. O topo da rocha alterada quando existente será definido a partir do ponto considerado impenetrável ao avanço por trépano e lavagem. O diâmetro do furo na região do tratamento deverá ser compatível com o diâmetro do furo do tubo de PVC manchetado e do trecho a ser tratado.

Detalhe da perfuratriz posicionada ao lado da ferrrovia

O trecho a ser injetado será perfurado com perfuratriz rotopercussiva e o furo deverá ter um diâmetro mínimo de 2 1/2”.

O furo será executado em toda a sua profundidade prevista, para posterior injeção em trechos de 0,50 m, pelo processo ascendente.

 2.6.2 -  Lavagem dos Furos

Imediatamente antes da injeção, o furo deverá ser lavado com jatos de ar ou água limpa até que a água de lavagem saia isenta de impurezas perceptíveis por meios visuais ou táteis.

Caso a injeção do furo não seja efetuada logo após a lavagem, o furo deverá ser protegido de maneira a não permitir a entrada de sujeira ou ser relavado pouco antes da injeção, para isso existem as manchetes que quando não estão trabalhando, tamponam o furo do tubo de PVC evitando não só o retorno da calda injetada bem como a garantia da proteção do interior do tubo de PVC.

Furos obstruídos, onde não for conseguida uma boa limpeza, deverão ser obturados globalmente, executando-se perfuração e injeção de furo ao lado.  A reperfuração ocorrre em alguns casos e deve ser previsto para a garantia da qualidade dos serviços.

2.6.3 -  Métodos de Injeção

Em princípio, os furos deverão ser injetados de maneira ascendente, em trechos da ordem de 0,50 metros de comprimento, utilizando-se obturadores de borracha. Caso se mostre inviável a obturação devido às características da rocha (fraturada, alterada, etc), a injeção deverá ser descendente, em trechos da ordem de 0,50 m, reperfurando-se os trechos injetados após a cura, os quais estarão aptos para fixar o obturador.

A critério do projeto e em determinados casos de obra, poderão ser utilizados outros processos para fixação do(s) obturador(es), desde que não prejudiquem a eficiência das injeções.

circuito de injeção será do tipo fechado

O circuito de injeção será do tipo fechado, isto é, provido de tubulação de retorno. Assim sendo, a pressão de injeção será fixada pela abertura do registro situado no circuito principal.

2.6.4 - Equipamentos para as Injeções e Ensaios

Todos os equipamentos para as injeções e ensaios deverão estar em perfeitas condições de funcionamento, de maneira a evitar interrupções no trabalho, devido a quebra de equipamento, falta de acessórios, etc.

Os equipamentos de execução serão:

      Perfuratriz roto-percussiva;

  Sonda-rotativa;

  Bomba para abastecimento de água com capacidade superior a 100,0 l/min;

  Bomba injetora com vazão de 150,0 l/min a uma pressão de 14,0 kgf/cm2;

  Agitador e misturador de alta rotação e com capacidade mínima de 3 vezes a vazão da bomba injetora;

  Hidrômetro;

  Manômetro;

  Tubulação;

  Estabilizador de pressão;

  Ferramentas adequadas e outros equipamentos e materiais necessários a execução dos serviços;

  Bem como todos os demais equipamentos de controle necessários ao bom desempenho da obra

2.6.5 -  Pressão de Injeção

A pressão manométrica de injeção a ser aplicada poderá ser P = 0,25H, sendo “P” a pressão em kgf/cm2 e “H” a profundidade em metros, contada da boca do furo até a posição do obturador. Após os primeiros resultados será estudada a conveniência ou não de alterar a pressão de injeção a critério do consultor ou conforme previsto no projeto.

No trecho superior (mais próximo à superfície) a pressão manométrica de injeção não deverá ser superior a 0,5 kgf/cm2.

A pressão máxima de injeção pode variar caso a caso, geralmente não superior a 15 kg/cm2, porém nada que impeça de faze-la em caso de necessidade de tratamento específico. A pressão final não deverá ser imposta de vez, mas sim atingida através de aumentos parciais, cada um com alguns minutos de duração.

2.6.6 - Materiais

a) Composição das Caldas

As caldas a serem utilizadas nas injeções serão constituídas de água e cimento, eventualmente com a adição de bentonita, raramente com utilização de areia ou de produtos químicos.

b) Cimento

O cimento poderá ser do tipo Portland ou Pozolânico ou ainda qualquer outro tipo que propicie uma calda com as características reológicas especificadas.

c) Areia

A areia a ser utilizada será de granulometria fina, com grãos de preferência rolados, não contendo matérias orgânicas. 

d) Água

A água destinada às injeções será visualmente limpa e não conterá percentagens exageradas de materiais dissolvidos, de óleos, de sulfatos, de materiais coloidais em suspensão.

A temperatura da água para o preparo das caldas de injeção não deverá ultrapassar 25°C, nem descer abaixo de 5°C.

e) Aditivos

O emprego de aditivos, fluidificantes, aceleradores ou retardadores, e de um mo do geral, de quaisquer produtos aditivos do cimento geralmente não acontecem neste tipo de tratamento devido a sistemática assertiva na sucessão de vários tratamentos idênticos com sucesso ao longo da ferrovia.

É proibido o uso de qualquer produto com composição química desconhecida 

f) Bentonita

A bentonita poderá ser utilizada na preparação das caldas bentonita-cimento deverá apresentar um limite de liquidez igual ou superior a 400%.

A bentonita em suspensão na água não deverá conter qualquer partícula de dimensão superior a 0,080 mm (a calda de bentonita pura não deverá deixar qualquer percentagem de material retido quando peneirada por via úmida através da peneira #200). Além disso não deverá conter qualquer elemento prejudicial à pega do cimento.

g) Produtos Químicos

Poder-se-á recorrer a produtos químicos, sempre sujeitos à aprovação prévia desde que comprovada a eficiência, porém o tratamento com a calda de cimento, tem apresentado excelentes resultados

2.6.7 - Características das Caldas

As dosagens da calda de cimento e água são geralmente definidas utilizando caldas de água - cimento igual a 0,70 (EM PESO). Se a pressão de injeção permanecer baixa será utilizada a calda no traço água / cimento igual a 0,50 (EM PESO)>

2.6.8 - Sequência de Injeção

Os procedimentos aqui estabelecidos serão ajustados em campo, pois o processo acaba sendo por tentativa, com o objetivo principal da garantia do aumento da pressão de injeção nas fases sequentes, é a garantia que o tratamento tem efeito da melhoria do solo, ou seja, quanto mais se procurar injetar em fases de injeção, em dias seguidos, melhor será o tratamento do solo a ponto de tomar o cuidado inclusive de se evitar a macaquear o solo contra o lastro ferroviário, pois pode acontecer. O monitoramento e necessário para não haver desaliamento da grade ferroviária durante a execução dos serviços, tendo de ser monitorada e controlada o recalque positivo, e em caso de ocorrência avisar ao centro de controle operacional e aos responsáveis da ferrovia para baixar a velocidade dos trens naquele trecho e solicitar a socadora e niveladora para ajuste do nível da linha ferroviária.

Controle diária através de medição comparativa, para acompanhamento e verificação da eficiência e controle da possibilidade de subida da linha face a calda injetada

Controle do nível da plataforma ferroviária. 

A nega da injeção será atingida quando a absorção de calda, num trecho submetido à pressão máxima para o mesmo atingir os critérios estabelecidos no projeto ou for detectado macaqueamento do solo ou recalque positivo da linha férrea.

Nível a laser utilizado para controle do nível horizontal dos trilhos na obra

2.6.10 - Critérios para execução de furos eventuais

O critério para execução de furos eventuais de ordem superior (secundários e terciários) será em função da absorção de cimento.

Se um dos trechos de um determinado furo primário tiver uma absorção de cimento igual ou superior a estabelecida em projeto e a pressão for baixa devemos fazer furos intermediários.

 2.6.11 - Registros da injeção

 Para cada furo injetado deverá ser executado o boletim de perfuração e de injeção, o qual deve indicar:

    a) Boletim de Perfuração

    Número do furo, cota da boca, diâmetro e data

    Espessura do capeamento e profundidade final

    Ocorrências durante a perfuração

    Eventual dados de ensaios

b) Boletim de Injeção

        Número do furo e data

    Trechos injetados

    Traços, pressões e tomadas de caldas

    Ocorrências observadas

 2.6.12 - Furos de Controle ou confirmatórios

A eficiência da cortina de injeção será avaliada em princípio pelas tomadas de calda dos furos de última ordem injetados.

Em regiões onde forem observadas grandes absorções de calda, poderá ser executado sondagens mistas para verificação das condições do maciço após o tratamento. Nestes casos os furos poderão ser feitos ensaios de perda d’água e posteriormente injetados.