A Importância do uso de polímeros em obras de escavação das fundações profundas:

Mecacanismo de estabilização das paredes do poço com a formação do "Cake" e do filme "protetor"

A espessura da penetração vai depender da diferença entre o nível da lama na trincheira e o nível d’água no terreno (deve ser no mínimo 1,5 m) , da permeabilidade do solo e da viscosidade da lama. A penetração excessiva da lama é inconveniente para a estabilidade da trincheira e, em solos de permeabilidade muito alta (k> 1 cm/s), pode haver perda de lama, impossibilitando a utilização do processo das paredes moldadas nestes solos.

 Em argilas intactas, não há formação de ‘cake’, porém, sem prejuízo para o processo de estabilização. A lama tem por função ainda impedir o desprendimento de grãos de areia das paredes da trincheira.

1.4 - manter o diâmetro do poço calibrado;

1.5 - prevenir processos de filtração;

1.6 - formar um reboco de baixa permeabilidade nas paredes do poço;

1.7 - preservar o atrito lateral e impedir o inchamento das argilas hidratáveis da formação.

1.8 - O desempenho dessas funções depende diretamente das propriedades físicas e químicas dos fluidos, ou seja: viscosidade;

1.9 - consistência de gel;

1.10 - controle de filtrado e reboco;

1.11 -inibição das argilas hidratáveis.

1.12 - Carrear cascalhos formados

1.13 - Controlar a penetração do filtrado

1.14 - Equilibrar as pressões exercidas pelas formações

2.Aspectos dos Polímeros:

2.1 - Características :

2.1.1 - Carrear os cascalhos formados 

2.1.2 - Ser estável quimicamente

2.1.3 - Manter os sólidos em suspensão quando estiver em repouso 

2.1.4 - Aceitar qualquer tipo de tratamento químico e físico 

2.1.5 - Apresentar baixo grau de corrosão

2.1.6 - Apresentar custo compatível com a operação

Os polímeros aplicados nos fluidos de perfuração são, em geral, moléculas compridas e de alto peso molecular. Cadeias de carbono sequenciais com repetições de núcleos chamados monômeros configuram as características dos polímeros. Os principais são:

Polímeros Naturais, como amido e gomas;

Polímeros Naturais modificados, como a celulose;

Polímeros Sintéticos, como plásticos e resinas.

3 - Polímeros espessantes (Aplicados na industria do Petróleo):

3.1 - Poliacrilamidas parcialmente hidrolisadas (PHPA)

3.2 - Copolímero acetato de vinila-co-anidrido maleico (VAMA)

3.3 - Goma xantana (XG)

3.4 - Goma guar

3.5 - Amido pré-gelatinizado – polissacarídeo neutro, constituído por dois tipos de açúcares:amilose e amilopectina.

3.6 -  Carboximetilcelulose (CMC) – polímero natural modificado, de caráter aniônico, produzido pela carboximetilação da celulose.

Nos fluidos de perfuração utilizados em escavações para estacas, utilizamos polímeros Naturais e Sintéticos que vão gerar principalmente viscosidade e uma película fina, que recobrirá as paredes do furo a fim de estabilizá-la. O objetivo é que o ambiente fique preservado para que a concretagem preencha um furo calibrado e estável.

Perfuração de Estacão em obra na cidade de Santos (SP)

3.Uso em Fundações:

De forma geral, a aplicação de polímeros para a estabilização de solos pode ser feito nos seguintes casos:

3.1 - Paredes diafragma;

Utilização em escavação de paredes diafragmas, note a formação da película

Para saber detalhes da escavação com polimeros em paredes diafragma clique no link abaixo :

https://sites.google.com/site/naresi1968/naresi/20-execucao-de-parede-diafragma-com-auxilio-de-lama-bentonitica

3.2 - Estacas raiz;

Para conhecer o processo de execução de estacas raiz clique no link abaixo:

https://sites.google.com/site/naresi1968/naresi/estaca-raiz

https://sites.google.com/site/geotecniaefundacao/compras/caso-de-obra-1---estaca-raiz

https://sites.google.com/site/lanjconsultoria/81-reportagem---estaca-raiz-e-servicos-especiais-dhp---dreno-horizontal-profundo

3.3 - Estacas escavadas;

Para conhecer o processo de execução de estacas escavadas clique no link abaixo:

https://sites.google.com/site/naresi1968/naresi/estacas-escavadas

Detalhe do balde saindo da escavação

Execução de Estaca Escavada com Balde

Detalhe da Perfuração com balde ou caçamba 

A perfuração da estaca é iniciada após sua locação topográfica, nivelamento do guindaste e da mesa rotativa e verificação do prumo da haste Kelly.

3.4 - Trados contínuos;

Equipamento para execução de estaca de trado contínuo são adequados para perfuração de petróleo, perfuração de poços, terrenos sólidos,  perfuração direcional e outros tipos de perfuração.

A staca de trado contínuo é usada principalmente na construção civil para criar estacas de concreto secantes construindo um muro contínuo de concreto que recebe a armação logo após sua concretqagem. Os equipamento para execução de estaca de trado contínuo combinam as vantagens das estacas cravadas e das estacas escavadas com lama e polímeros, que são versáteis e não necessitam de remoção do solo. Este método permite a perfuração do equipamento de perfuração para escavar uma grande variedade de solos, seco ou com água, solto ou inconsistente, e também de baixa capacidade de suporte e penetração, como formações rochosas como o turfa, argilas, solos moles, materiais argilosos, calcários, arenitos, etc. O diâmetro máximo da perfuração atinge geralmente 1,2, mas existen eqwuipamentos que conseguem diâmetros maiores. Atingindo cerca de 30 m de profundidade, contribuindo assim para superar os problemas anteriormente relacionados com o projetos de execução das estacas onde não se consegui atingir esta profundidade.

Trado Contínuo

Formação da membrana

3.5 - Shields;

São micro tuneladoras para execução de perfuração horizontal para interligação de galerias de drenagem ou pequenos túneis, geralmete se executa um poço de visita para descer o micro shild e após aplicação da pequena tuneladora ela escava de 50 a 100 m em direção ao segundo posso de visita onde é retirada com equipamento de guindar.

O peso de um micro shild e de cerca de 36 toneladas, e executa perfurações não destrutivas para a implantação de interceptores de esgoto de grande extensão, geralmente acima de 1.000,00 m

É uma máquina, que é operada remotamente com a frente balanceada e operada por um funcionário à distância geralmente dentro de um contêiner, onde estão localizados todos os esquipamentos elétricos, eletrônicos e hidráulicos necessários a execução do serviço, porém existem equipamentos em que é possível o operário que controla a perfuração trabalhar em seu interior.

O transporte do material escavado desse equipamento é feito mediante o sistema de bombeamento de lama onde poderão ser utilizados polímeros estabilizantes para auxílio das escavações e mantendo o equilíbrio das paredes. Existem equipamentos que trabalham com o material sólido, retirados através de caçambas ou puxados por vagonetes. 

A escavação subterrânea poderá trabalhar todos os dias, inclusive em dois turnos inclusive em baixo do lençol freático ou de baixo de chuva.

A grande vantagem deste processo é o alto índice de produtividade principalmente por se tratar de uma obra não destrutiva evitando quaisquer transtornos aos pedestres e motoristas viasto que não há interrupção do transito seja de veículos ou pessoas. 

3.6 - MND ou HDD.

4 - VANTAGENS TÉCNICAS EM RELAÇÃO AS BENTONITAS :

As vantagens técnicas do uso em relação às bentonitas são:

4.1. Hidratação mais rápida (em torno de 40 min);

4.2. Melhor estabilização das paredes do furo;

4.3. Reboco fino e flexível;

4.4. Baixo volume de filtrado com impermeabilização das paredes;

4.5. Menor teor de areia evitando o uso de desarenador;

Detalhe da utilização do desarenador

4.6. Menor contaminação na parte superior pelo concreto;

4.7. Maior taxa de reúso com menos descartes;

4.8. Aumento do atrito lateral;

4.9. Menor diferença entre volume teórico e real de concreto (“concrete overbreak”).

4.10 Apresenta também inúmeros benefícios na gestão da obra, como:

4.11. Elevação da produtividade;

4.12. Redução geral dos custos da obra;

4.13. Redução do tempo na execução do projeto;

4.14. Redução nos desgastes dos equipamentos e despesas com pessoal;

4.15. Redução do estoque de produtos químicos;

4.16. Otimização do reúso do fluido;

4.17. Redução dos custos de descarte.

4 - VANTAGENS EM RELAÇÃO A PRESERVAÇÃO AMBIENTAL :

Os polímeros possuem ainda diferenciais que são de grande relevância para a preservação do meio ambiente, entre eles:

4.1. São produtos de manuseio seguro, biodegradáveis e isentos de metais pesados;

4.2. Mantêm o canteiro de obras limpo;

4.3. Redução substancial nos descartes e facilidade na destinação dos resíduos com custo 30% inferior.

5 - Estudo de Caso

5.1 - Caso de Obra 1 - Estaca Escavada de Ø 800 mm, com 32 m de profundidade

Um Case recente do uso de polímeros no mercado de fundações foi feito em São Paulo (SP), utilizando produtos da fabricante de aditivos para fluido de perfuração SYSTEM MUD.

A obra tratava-se de Estaca Escavada de Ø 800 mm, com 32 m de profundidade, em areia de deposição marinha muito friável, executado na cidade de Santos (SP), previa-se uma sobretaxa de concreto (concrete overbreak) em torno de 25% em relação à diferença entre o diâmetro teórico e real. A porcentagem era baseada na média das escavações realizadas, até então, onde o valor chegou a 29%.

Procedeu-se a aplicação de 02 polímeros de alta viscosidade, sendo um com características fixadoras de reboco, ou seja, formador de película, e redução de filtrado. Imaginava-se que com o incremento da resistência da parede do furo teríamos uma redução no alargamento provindo da instabilidade do furo. Além disso, economizar-se-ia fluido com o menor filtrado (porção da água que passa do fluido para a formação). A mistura dos polímeros na água foi feita cuidadosamente, pois se tratavam de produtos em pó, usando-se um misturador vigoroso. A vantagem do pó sobre os produtos líquidos (emulsões) é que este conta com praticamente 100% de matéria ativa, conseguindo-se um rendimento cerca de três vezes maior.

Após a aplicação no furo, este se manteve inundado de fluido e assim procedeu-se a escavação. Ela decorreu rápida e não houve necessidade de aplicar mais polímero para elevar a viscosidade, já que esta se reduziu dentro dos limites esperados.

Depois de encerrada a concretagem, os valores surpreenderam: a sobretaxa anterior de 25% reduziu para 11% e o reúso do fluido foi de 90%. As dosagens utilizadas também foram 50% menores, pois se trabalhou com 02 tipos polímeros, um viscosificante (Supervis) e outro controlador de filtrado e reboco (Celutrol HV1). Antes, quando se usava somente o tipo viscosificante, além do maior gasto de produto, havia um consumo excessivo de concreto pelo diâmetro maior do furo real. No final, economizou-se 8 m³ de concreto.

Se o furo fosse feito com bentonita, precisaríamos empregar 1.500 kg de argila, e teríamos de descartar toda a lama produzida, além disso, o reboco ficaria muito espesso reduzindo o atrito lateral e aumentando a carga de fundo.

Após a experiência relatada, os demais furos na obra em questão foram executados com a mesma metodologia e sempre com valores de Concrete Overbreak abaixo de 15%. Em alguns casos os resultados chegaram a 8%, número antes inimaginável aos gestores da obra.

O custo do descarte também foi animador, pois ao se computar os valores de aterro e mão de obra houve economia de cerca de 30%.

Assim, é possível concluir que a adoção desse tipo de estratégia, utilizando uma combinação de polímeros viscosificantes com controladores de filtrado, para formações arenosas extremamente friáveis, apresenta grande eficiência e alta performance na obra. Em solos mais argilosos é possível ainda reduzir a dosagem do controlador de filtrado, obtendo um fluido ainda mais econômico.

5.2 - Caso de Obra 2 - Projeto Estação Jardim de Alah

Uso correto do polímero de 3° geração da GEO, na Obra do Metrô do Rio de Janeiro.

O projeto Estação Jardim de Alah localizava-se no bairro do Leblon, Rio de Janeiro, Brasil. Incluía a execução de 104 painéis diafragma de 1200mm de largura, com uma profundidade média de 27m e 30 painéis de diafragma de 800mm de largura, com uma profundidade média de 13m.

Este projeto teve início em 30 de Agosto de 2013 e teve o seu término no dia 29 de Março de 2014.

5.2.1 - Geologia

• 00,0 a 03,00 m – Areia fina, pouco siltosa, micácea, com raízes e pedregulhos finos esparsos - Aterro;

• 03,0 a 18,00 m – Areia fina a média, marron clara/branca, com poucos pedregulhos finos/conchas, compacta a muito compacta;

• 18,0 a 23.80 m – Areia média a grossa, com fragmentos de conchas, cinza claro, muito compacta;

• 23.8 a 30,00 m – Argila orgânica, arenosa, com fragmentos de conchas, cinza escura, mole;

O nível freático encontrava-se maioritariamente a 2 metros de profundidade do topo da plataforma de trabalho.

5.2.2 - Consumos Sistema G3

O projeto terminou com um consumo de PolyMud de 0.63 Kg/m3, 0.12 Kg/m3 a menos do consumo acordado entre a empresa fornecedora do polímero e a executora

O gráfico 1 mostra a variação, ao longo do projeto, do Consumo Semanal e Consumo Atual de PolyMud.