A GEOTECNIA BRASIL e o PORTAL DA GEOTECNIA com o apoio da ABMS/NRSP - Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – Núcleo Regional de São Paulo, da ABEF Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia, da ABEG Associação Brasileira de Empresas de Projeto e Consultoria em Engenharia Geotécnica, da ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental, da ABECE Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural e do IE Instituto de Engenharia, têm prazer de convidá-lo para assistir a palestra: “ASPECTOS TEÓRICOS E PRÁTICOS NO REFORÇO DE FUNDAÇÕES”, com o eng. Urbano Rodriguez Alonso. Vale a pena conferir! Urbano Alonso é Engenheiro civil graduado em 1967 pela Escola Nacional de Engenharia da Universidade do Brasil, atual Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro .Professor de Mecânica dos Solos e de Fundações do Mackenzie e professor de Fundações da FAAP, em São Paulo. Presidente do Núcleo Regional de São Paulo da ABMS no biênio 2002 a 2004.Prêmios de melhor trabalho técnico da Divisão de Mecânica dos Solos e Fundações do Instituto de Engenharia nos anos 1992 e 1995 e prêmio Manuel da Rocha da ABMS no biênio 1992/94.Autor dos livros “Exercícios de Fundações”, “Dimensionamento de Fundações Profundas”, “Previsão e Controle de Fundações” e “Rebaixamento Temporário de Aquíferos". Participou ativamente do livro FUNDAÇÕES: Teoria e Prática publicado pela ABMS/ ABEF/ Oficina de Textos através dos capítulos “Estacas Injetadas”, “Estacas Pré-moldadas” e “Tubulões” .

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Urbano Alonso é Engenheiro civil graduado em 1967 pela Escola Nacional de Engenharia da Universidade do Brasil, atual Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro .Professor de Mecânica dos Solos e de Fundações do Mackenzie e professor de Fundações da FAAP, em São Paulo.Presidente do Núcleo Regional de São Paulo da ABMS no biênio 2002 a 2004.Prêmios de melhor trabalho técnico da Divisão de Mecânica dos Solos e Fundações do Instituto de Engenharia nos anos 1992 e 1995 e prêmio Manuel da Rocha da ABMS no biênio 1992/94.Autor dos livros “Exercícios de Fundações”, “Dimensionamento de Fundações Profundas”, “Previsão e Controle de Fundações” e “Rebaixamento Temporário de Aquíferos”.Participou ativamente do livro FUNDAÇÕES: Teoria e Prática publicado pela ABMS/ ABEF/ Oficina de Textos através dos capítulos “Estacas Injetadas”, “Estacas Pré-moldadas” e “Tubulões” .

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De acordo com Helene et al. (2003), em situações onde a parede está envolvida pela estrutura, o recalque diferencial entre os apoios resulta em esforços secundários perimetrais, o que equivale a uma distorção angular, onde uma diagonal se alonga e a outra se encurta.

🔴Na direção onde há o alongamento, aparecerão esforços de tração que, ao atingir valores equivalentes a sua resistência máxima, darão origem a fissuras. No caso de paredes com aberturas, as isostáticas de tração desviam-se gerando fissuras que nascem em cantos opostos, no sentido diagonal. 

1 - Injeção de Consolidação de Maciço com calda de cimento

1.1) INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO 

Com a injeção de material, ocupa-se vazios, provocando o adensamento das camadas adjacentes.

O tratamento de solos e rochas por injeção objetiva promover melhorias para situações especiais da engenharia civil, tais como:

a) aumentar a impermeabilidade

b)melhorar as condições de estabilidade

c)melhorar capacidade de carga

O tratamento é feito pela injeção no maciço de um determinado volume de material a uma determinada pressão. 

Este material pode ocupar os vazios existentes, romper o maciço e nele se alojar, provocando o adensamento das camadas adjacentes, ou se impregnar em seus vazios.

O material injetado pode ser: calda de cimento; argamassa; solo-cimento ou compostos químicos. Usualmente, são injetadas caldas de cimento. Neste texto, para contemplar todas as possibilidades, usamos a expressão material injetado.

A injeção de consolidação de solos é um serviço muito utilizado tanto na área industrial, para recuperação de locais com o subsolo degradado por efeitos naturais ou por falha nos sistemas de drenagem e de aterros mal executados, como também em barragens, para tratamento de falhas geológicas que permitam a percolação de água.

Com a execução da injeção de consolidação de solos, se obtém uma diminuição no índice de vazios, um aumento da capacidade de carga do solo, aumenta-se o adensamento e a impermeabilidade, proporcionando uma condição muito mais segura e estável para a obra como um todo.

A execução da injeção de consolidação de solos é um serviço muito criterioso, que requer um acompanhamento diário, controlando todas as suas variáveis, como comprimento das perfurações, volumes e pressões de injeção da calda de cimento e os critérios para que se defina que o serviço esteja concluído.

Benefícios de uma injeção de consolidação de solos

Esse serviço é qualificado e aprimorado, pois é feito com profissionais capacitados no ramo, que sabem como agir em cada situação e ajudam a melhorar qualquer obra que sofreu algum problema, ou mesmo evitar com que haja um, como afundamentos de piso, recalques, vazamentos em barragens e outros problemas que comprometem todo o local e a obra em si.

Além da injeção de consolidação de solos ser um serviço totalmente eficiente, ele é prático, ágil e garante durabilidade e o principal, a segurança que fornece.

Para realizar a injeção de consolidação de solos, é necessário que os equipamentos corretos sejam utilizados, oferecendo assim menos impactos ambientais e garantindo a preservação do meio ambiente. Ou seja, essa atividade, assim como diversas outras que atuam em obras, só garantem vantagens para todos.

Instalação de tubo de PVC manchetado com injeção de calda de cimento primeiro explodindo a primeira manchete fazendo a injeção de bainha e na sequencia fazendo injeção de tantas fases quanto for necessário para melhoria e tratamento do solo aumentando o SPT com o preenchimento dos vazios e pela própria resistência de calda de cimento após 1 a 2 meses do tratamento de injeção.

 2 - Generalidades

 2.1 -  Condições Geológico - Geotécnicas

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

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.

 2.2 - Conceituação do Tratamento

Das condições descritas no item anterior, conclui-se da necessidade de adoção de uma cortina de injeções de impermeabilização para homogeneizar as permeabilidades e eliminar os maiores valores de perda de água. Esta cortina de injeções poderá ser iniciada com os furos espaçados a cada 12,00 m, e prosseguir fechando o espaçamento nos pontos onde os ensaios de perda de água e absorção de cimento recomendarem. Tendo em vista que não há nenhum condicionante geológico importante, a profundidade dos furos deverá ser da ordem de 0,4 h, sendo h a carga hidráulica sobre a fundação. Em alguns trechos do maciço a espessura de zona fraturada poderá condicionar a profundidade dos furos, não se aplicando nesta zona o critério geométrico. A esta cortina de injeções de impermeabilização deverão ser associadas duas linhas de furos rasos, uma a montante e outra a jusante, com profundidade de  4,00 m e espaçados a cada 8,00 m, para injeção de fraturas mais freqüentes, à pequena profundidade.

 2.3 -  Descrição do Tratamento

 Basicamente os serviços serão executados nas seguintes etapas:

 1.  Execução e injeção de furos rotativos exploratórios a cada 48 m, com retirada de testemunhos e ensaios de perda d’água em trechos de 3,0 m e com profundidade de 3,0 m abaixo do limite previsto para o tratamento.

 2.  Execução e injeção de furos primários espaçados a cada 12,0 m, a roto-percussão.

 3.  Análise dos resultados de absorções dos furos obrigatórios e definição dos locais com necessidade de furos secundários.

 4.  Execução e injeção dos furos secundários adjacentes aos furos primários com maiores absorções de cimento.

 5.  Execução e injeção de furos terciários adjacentes aos furos secundários que tiveram absorções significativas de calda.

 2.4 - Furos Exploratórios 2.4.1 - Geral

Os furos exploratórios, espaçados a cada 48 m, serão executados com sondagem rotativa, diâmetro NX, com retirada e classificação de testemunhos.

Os ensaios de perda d’água serão executados em trechos de 3,0 m e em 3 estágios de pressão.

Os furos exploratórios serão injetados segundo os mesmos critérios definidos para o restante da cortina.

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 utilizados nas sondagens com retirada de testemunhos em rocha. Os equipamentos de furação deverão ter características e estar em condições de executar os furos com recuperação mínima de 70%.

O Consultor poderá autorizar o aprofundamento de um determinado furo exploratório, caso o mesmo não tenha atingido um maciço rochoso com permeabilidade mínima desejada.

 2.4.3 - Ensaios de Perda d’Água

Os ensaios de perda d’água sob-pressão serão executados 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 exploratórios serão adotados os mesmos critérios estabelecidos para o restante da cortina.

2.6 - Cortina de Injeção

2.6.1 - Perfuração

Os furos serão executados a partir do terreno natural ou após a escavação 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 será definido a partir do ponto considerado impenetrável ao avanço por trépano e lavagem. O diâmetro do furo na região do capeamento deverá ser compatível com o diâmetro do furo no trecho a ser tratado.

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 3,0 m, pelo processo ascendente.

O método escolhido determina os equipamentos de perfuração a serem mobilizados. Os furos podem ser executados a trado, ou por equipamento rotopercussivo ou rotativo. Na execução do furo pode ser necessário o uso de revestimento.

Os equipamentos devem estar em perfeito estado de funcionamento, propiciando a execução do furo dentro das especificações e condições impostas pelas limitações das edificações existentes.

Em alguns locais, para se executar o furo é necessário atravessar lajes de pisos de edificações. Quando isso ocorre, é preciso usar ou ferramentas diamantadas ou vídeas.

Na   presença   de rochas ou material rochoso,  pode-se  usar  ou equipamento rotopercussivo,  que  destrói  o   material escavado, ou rotativo, que o recupera.

 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, a critério da FISCALIZAÇÃO.

Furos obstruídos, onde não for conseguida uma boa limpeza, deverão ser obturados globalmente, executando-se perfuração e injeção de furo ao lado às expensas da CONTRATADA. A reperfuração nesses casos será realizada às expensas da CONTRATADA.

2.6.3 -  Métodos de Injeção

Em princípio, os furos deverão ser injetados de maneira ascendente, em trechos da ordem de 3,0 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 3,0 m, reperfurando-se os trechos injetados após a cura, os quais estarão aptos para fixar o obturador.

A critério da FISCALIZAÇÃO poderão ser utilizados outros processos para fixação do(s) obturador(es), desde que não prejudiquem a eficiência das injeções.

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.

Esquema de injeção de consolidação proposto por Luiz Antônio Naresi Júnior em 1992.

ANDAIMES PARA MONTAR UMA CENTRAL DE INJEÇÃO

CORTE

PLANTA BAIXA 

Os equipamentos de injeção devem compor um circuito, conforme segue:

A) Demolidor de argila.

B) Tanque  de  hidratação  e homogeneização   de   argila   provido   de pás, que movimentam a lama constantemente.  Pode-se  optar  pelo uso de tanques interligados, com menor capacidade, que sejam providos de bomba para fazer a lama circular entre eles.

C)  Misturador de alta turbulência provido de turbina, com rotação mínima de 1.700 rpm, na sua parte inferior. Capaz de  preparar  calda  de  cimento,   solo cimento, em quantidade suficiente para suprir a bomba injetora e fornecer a homogeneidade adequada à mistura.

D) Agitador de calda com capacidade  igual à do misturador, capaz de manter a calda em agitação. Entre o misturador e o agitador é instalada peneira, com 2 mm de abertura, que deve ser facilmente removível para as constantes limpezas.

E) Bomba de pistão triplex ou duplex, com capacidade de injetar vazões de 50 litros/ minuto com pressões de 50 Kg/cm² em furos que estejam distantes pelo menos 50 metros da central de injeção.

F) Estabilizador   de   pressão   capaz de reduzir oscilações manométricas. Devem   ser   instalados   nos    circuitos tantos equipamentos quantos forem necessários, até se alcançar a estabilidade. Manômetro de 4”,  provido de   dispositivo salva-manômetro, com capacidade entre 10 e 100 Kg/cm².

G) Obturador duplo com diâmetros de 1” a 1½”, com espaçamento da vedação em torno de 0,5 metro, do tipo expansivo ou fixo, em quantidade suficiente para a injeção em vários furos simultaneamente.

No esquema proposto, e alternativamente, é possível substituir o demolidor de argila (A) e o tanque de hidratação (B) por   um único  equipamento,  que  promova a mistura e a hidratação da argila com água. Trata-se de um misturador de alta turbulência, similar ao usado na mistura final da calda.

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;

  Outros equipamentos de controle a serem especificados pela FISCALIZAÇÃO nas instruções de campo.

2.6.5 -  Pressão de Injeção

A pressão manométrica de injeção a ser aplicada será 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.

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 não deverá ser imposta de vez, mas sim atingida através de aumentos parciais, cada um com alguns minutos de duração.

Esquema de injeção de consolidação de maciços proposto por Luiz Antonio Naresi Júnior em 1992 

Abertura  da válvula-manchete

Após  a  injeção  na   bainha,   são   iniciadas as injeções individuais em cada válvula- manchete, usualmente de baixo para cima. O primeiro passo  é  a  aplicação  de pressões crescentes até  a  abertura da válvula-manchete, percebida pela queda brusca da pressão registrada no manômetro e  pela  imediata  absorção  do material. Caso não se consiga abrir  a manchete com o material injetado, sua abertura pode ser provocada pela injeção de água.

A pressão máxima utilizada para proporcionar a abertura da válvula- manchete deve ser registrada em boletim próprio.

Pressão de injeção

As pressões de injeção são determinadas pelo estado de confinamento do solo.

Num processo de injeção com vazão constante ocorre, na maioria das vezes, um comportamento de pressões semelhantes ao mostrado no gráfico abaixo, figuras 12 e 13, de onde pode ser ressaltado:

• Após abertura da manchete e rompimento da  bainha  (Pa),  observa-  se uma queda brusca da pressão (Pi), caracterizando o início da injeção no solo.

• À medida que a injeção prossegue, novos trechos do solo podem ser rompidos e preenchidos com material injetado, acarretando em aumento lento e progressivo da  pressão.

• Se, em determinado momento, a pressão de injeção estabiliza ou até diminui, pode ser que o plano de ruptura tenha interceptado um vazio, que está sendo preenchido com calda. Após esta cavidade ser preenchida, a pressão provavelmente voltará a subir, caracterizando o seu preenchimento.

Pa = Pressão máxima de abertura da manchete

Pi =  Pressão inicial de injeção

Pf = Pressão final de injeção

1a Fase de Injeção

2a Fase de Injeção

=> O traço utilizado para a injeção da bainha para l m3  é, proposto por L.A. Naresi Jr. é :

·      Para argila molhada 21,28 kg lata

·      cimento = 3 sacos => 150 kg

·      argila = 5 latas => 107 Kg

·      água = 11 latas => 233 l

     ·      Para argila seca

     ·      cimento = 3 sacos => 150 kg

     ·      argila = 4 latas => 107 kg

     ·      água = 11 latas => 233 l

Com o auxílio do tubo manchetado, a parte do tubo de espera e conectada com o equipamento de injeção, o processo começa a ser feito acompanhado com o auxilio do manômetro a injeção de cimento propriamente dita é feita a fim de abrirmos a manchete inferior com manobras internas ao tubo que são controladas visualmente se foi dada a abertura com leituras feitas com o manômetro.

Parede da bainha se rompe e é dada a injeção que entra nos espaços vazios e fendas do solo, consolidando o terreno.

Injeção de Tubulões - Metodologia e resultado final

DETALHE DA INJECÃO DE SOLO-CIMENTO NA FACA DA CAMISA DO TUBULÃO TD-7

DETALHE DO POÇO DO TUBULÃO TD-7 FOTOGRAFADO DE BAIXO PARA CIMA

INJEÇÃO DE SOLO-CIMENTO PRESENTE NA FACA DA CAMISA DE AÇO

 a) Composição das Caldas - Traço

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

Os materiais serão fornecidos e estocados corretamente protegidos em locais adequados.

Usualmente, se prevê a utilização de dois traços básicos de calda de solo, água e cimento: um para injeção no solo a ser tratado e outro para preencher a  bainha.

A resistência do material é regida, principalmente, pelo fator água/cimento (peso da água/peso do cimento). Para compor as caldas são adotados os seguintes valores para peso específico dos grãos sólidos: cimento γc = 3,1  Kg/  litro, solo γs = 2,7 Kg/litro.

Para o preparo de 1 m³ de calda são necessárias as seguintes quantidades de componentes,   segundo   a   fórmula:

litros de calda = Pc/γc + Ps/γs + Pa/γa =

Pc/3,1 + Ps/2,7 + Pa/1,0

onde: Pc = Peso de cimento (Kg); Ps = Peso de solo seco (Kg); Pa = peso de água (Kg).

Na tabela a seguir estão exemplos de dois  traços  usuais  de   solo-cimento.   Os   traços   pré-definidos   são ajustados durante a fase dos ensaios iniciais, tendo-se em conta, principalmente, as características da argila a ser usada e visando a padronização com as seguintes características:

•      Fator de sedimentação até 5%

• Tempo de escoamento

Durante     os     trabalhos,     os     materiais devem   ser   controlados   a   partir    das seguintes medidas previamente obtidas em laboratório: densidade, fator de sedimentação e tempo de escoamento.

A densidade define o traço. O fator de sedimentação define a estabilidade. O tempo de escoamento define a fluidez (capacidade de injeção). O controle do traço se faz pela medida da densidade da mistura: solo + água, e da mistura final: cimento + água + solo.

As caldas são preparadas pela agitação da argila hidratada  com  cimento  e  água, até que seja alcançada a perfeita homogeneização      desta       mistura. Na dosagem dos traços devem ser consideradas as quantidades de água empregadas para a hidratação da argila.

Antes do início dos trabalhos de injeção  e após a definição do tipo de argila a ser usada no tratamento, devem ser feitos uma série de ensaios com várias misturas, até se alcançar a definição do traço a ser usado. Quando há necessidade de injeção rápida das fases, a bainha composta por traço rico em cimento, usualmente, calda com fator a/c = 0,5 (em peso).

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.

O cimento deverá ter uma finura Blaine superior a 3.200 cm2/g e uma percentagem de finos passante na peneira #200 (0,074 mm) superior a 98%.

c) Areia

A areia a ser utilizada será de granulometria fina, com grãos de preferência rolados, não contendo matérias orgânicas. A areia será peneirada recorrendo a uma pe neira nº 8. Não deverá apresentar mais de 10% de elementos inferiores a 0,1 mm, e a dimensão máxima será de 0,2 mm (seguir norma MB-95 da ABNT exceto ao diâmetro máximo).

d) Água

A água destinada às injeções será visualmente limpa e não conterá percentagens exageradas de ma teriais dissolvidos, de óleos, de sulfatos, de materiais coloidais em suspensão, assim como de elementos de dimensão superiores a 0,080 mm e de matéria orgânica em sus pensão ou dissolvida.

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 deverá ser submetido à autorização da FISCALIZAÇÃO, após a realização de ensaios de laboratório a serem efetuados por conta da CONTRATADA, que procurará mostrar as vantagens do seu emprego.

É proibido o uso de qualquer produto com composição química desconhecida ou mantida secreta.

f) Bentonita

A bentonita 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 da FISCALIZAÇÃO. Em princípio, eles serão o silicato de sódio comercial, e o bicarbonato de sódio, como reativo.

h) Injeção na bainha

Após a instalação  do  tubo  de  PVC,  é feita a injeção na bainha, ou seja, o preenchimento do espaço anelar entre  o tubo de PVC e o furo. Esta atividade  é executada com a injeção na válvula- manchete inferior.

Este trabalho é feito de forma lenta e será considerado concluído quando a calda aparecer na boca do furo.  Após  a  injeção  da bainha, o tubo de PVC é lavado pela circulação de água.

Nos casos em que existe piso, se for constatado que a calda está penetrando entre o piso e o aterro, a injeção da bainha deve prosseguir até que o vazio sob o piso seja  preenchido.  Alternativamente, é possível preencher o furo e, a seguir, introduzir o tubo de PVC.

Se houver consumo excessivo de calda durante a injeção na  bainha,  é  sinal  que o tubo atravessou uma cavidade, tubulações, caixas etc. Neste caso, os trabalhos devem ser interrompidos, para se verificar o que houve.

Para que ocorra a injeção no solo, a bainha precisa ter uma resistência mínima, assim a calda injetada promove o rompimento localizado, o que possibilita sua penetração no interior do maciço,  sem que ele escoe ao contato da bainha com o solo circundante ou pelo contato da bainha com o tubo.

Por outro lado,uma bainha excessivamente resistente exige altas pressões para o seu rompimento e para abertura da válvula.  A bainha mais adequada depende da sua espessura, do traço da calda e do tempo de  pega  e  endurecimento  da  calda.  O traço da calda e o tempo de rompimento da bainha são ajustados no campo.

2.6.7 - Características das Caldas

As dosagens da calda de cimento e água serão definidas pela relação em peso C/A (cimento/água). O traço da calda poderá variar de 1:2 (calda mais fluida) e traço 1:0,8 (calda grossa). Estes traços deverão ter as seguintes características:

 a) Fator de sedimentação

      mínimo de 95% para calda grossa (1:0,8)

  mínimo de 90% para calda 1:1

  mínimo de 85% para calda fluida (1:2)

 b) Fluidez

A fluidez da calda será avaliada através da viscosidade medida pelo viscosímetro tipo Cone de MARCH (Æ 4,8 mm). O tempo de escoamento do volume de calda colocada no funil padrão deverá estar compreendido entre 35 e 40 segundos.

c) Tempo de início de pega

O tempo de início de pega da calda deverá estar compreendido entre 2 e 6 horas.

d) Temperatura da calda

Deverá ser verificada a variação das características roelógicas da calda com a temperatura da mesma, de forma a se avaliar a necessidade de resfriamento da água para confecção destas caldas.

Tudo indica que as condições de estabilidade de fluidez da calda, traços 1:2 e 1:1, só poderão ser conseguidas com a adição de bentonita. O modo de preparação da calda com bentonita será o seguinte:

Preparação de uma calda-mãe de bentonita-água; mistura a alta turbulência, de acordo com uma relação B/A (Bentonita-Água) previamente definida; e armazenamento da calda num tanque de grande volume onde será mantida continuamente agitada;

Esta primeira calda será utilizada para preparar as caldas bentonita-cimento por adição de água e de cimento, e mistura a alta turbulência.

A mistura final da primeira calda com o cimento demorará pelo menos 3 minutos.

Em nenhum caso se deve utilizar o mesmo tanque para preparar a calda bentonita-cimento e bentonita-água. A bentonita nunca deve ser ativada com a água em tanques onde exista cimento, mesmo que a percentagem de cimento seja muito reduzida.

A CONTRATADA indicará pormenorizadamente o material e as instalações de dosagem, mistura e injeção que pretende utilizar, os quais serão submetidos à aprovação da FISCALIZAÇÃO.

2.6.8 - Caldas a utilizar

 Em princípio são definidos os seguintes tipos de calda, cujos traços deverão ser  ajustados na fase inicial dos trabalhos:

  Calda A - C/A = 1:2 com adição de 2% de bentonita

  Calda B - C/A = 1:1 com adição de 1% de bentonita

  Calda C - C/A = 1:0,8, sem ou com adição de 1% de bentonita

  Argamassa - Água/Cimento/Areia = 1:1:1

2.6.9 - Sequência de Injeção

Os procedimentos aqui estabelecidos serão ajustados pelo fiscalização, durante a execução dos serviços.

A injeção de um trecho obedecerá a seguinte seqüência:

a) Iniciar a injeção com a calda A (1:2). Após a injeção de 100 kg/cimento por metro de furo, verificar o comportamento da pressão. Se a pressão tiver uma tendência de subida, confirmar a injeção até a nega. Se a pressão se mantiver estável, mudar a calda para o traço B (1:1). 

b) Repetir para o traço B (1:1), o procedimento descrito no item a) para o traço A.

c) Repetir para o traço C (1:0,8), o procedimento descrito no item a) para o traço A.

d)Injetar a argamassa até um consumo de cimento de 100 kg/m. Prosseguir a injeção até a nega, se for observada que a pressão tem tendência a subir. Caso a pressão se mantenha constante, paralisar a injeção por 24 horas. Após este tempo retomar a injeção de argamassa até uma tomada de cimento de 100 kg/m.

O atual conhecimento das condições do maciço objeto do tratamento, indica ser pouco provável a necessidade de injeção de argamassa.

A nega será atingida quando a absorção de calda, num trecho submetido à pressão máxima para o mesmo for inferior a 1,0 litro/min/metro durante 10 minutos.

As injeções são executadas numa única fase ou em várias fases.

Para  se  evitar  a  injeção  de  material   a grandes distâncias, ou ainda se minimizar riscos de fraturas nos  pisos das edificações, o volume a ser injetado por manchete deve ser, inicialmente, limitado.

A sistemática adotada na injeção consiste em se  impor  um  volume  constante  de injeção de material, verificando o comportamento das pressões de resposta do solo.

Em função das pressões observadas, são tomadas decisões de se prosseguir ou se interromper  as  injeções.

Nos critérios de interrupção das injeções, são levadas em conta as observações relativas ao surgimento de material injetado na superfície ou eventuais riscos de comprometimento das estruturas vizinhas.

Volumes e pressões de injeção inicialmente especificados são ajustados durante a execução dos serviços.

GRAFICO DE ABSORÇÃO DE CALDA

PERFIL DE ABSORÇÃO DE CALDA NUM MESMO REFERENCIAL

EM FASES MOSTRANDO A SEQUENCIA DE DETERMINADO TRATAMENTO

NESTE CASO ABAIXO NO EIXO DE UMA BARRAGEM

FUROS PRIMÁRIOS

FUROS SECUNDÁRIOS

FUROS TERCIÁRIOS

FUROS QUATERNÁRIOS

FUROS QUINTENÁRIOS

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 50 kg/m, será necessário executar os 2 furos secundários adjacentes.

Se um dos trechos de um determinado furo secundário tiver absorção de cimento igual ou superior a 50 kg/m, será necessário a execução dos 2 furos terciários adjacentes.

Caso algum trecho de um furo terciário, ainda apresente absorções superiores a 50 kg/m, será avaliada pelo DNOCS, a necessidade de execução de furos quaternários.

 2.6.11 - Registros da injeção

 Para cada furo injetado deverá ser executado pela CONTRATADA 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

c) controle  de registros

Na fase inicial de definição dos  traços dos materiais e durante o processo de execução  dos   trabalhos   de   injeção,   é realizada  uma  série  de  controles, cujo objetivo é o de determinar as características das caldas.

Basicamente, estes controles são: visual (contínuo); densidade (diário) e para cada traço preparado; e tempo de escoamento (diário).

Durante a execução dos furos, todas as informações julgadas de interesse devem ser registradas, tais como: presença de vazios;  níveis  d’água;  perda  d’água    etc.

Na    instalação    do    tubo,    devem   ser registrados posicionamento e espaçamento das manchetes, tomando- se como referência o nível da boca do furo, o que permite o correto posicionamento do obturador duplo durante as  injeções.

Durante a injeção na bainha devem ser registrados, principalmente, o traço utilizado, volumes e perdas de calda, se houver.

Nas injeções no solo, além dos volumes injetados por manchete, devem ser registradas a pressão de abertura da manchete (Pa) e a pressão final de injeção (Pf).

Para cada furo deve ser elaborado um boletim, contendo todos os dados, desde a furação até a injeção.

d) Critérios  para interrupção

Os critérios para interromper a  injeção são definidos com base nas análises dos dados observados durante os trabalhos, especificamente para cada caso de obra.

e) Equipamentos de ensaios do material

Para executar ensaios dos materiais deve- se instalar um pequeno laboratório de campo, equipado com:

• Densímetros com graduação que permitam leitura de variação de densidade de 0,01 g/cm³.

• Funil   Marsh   com   saída   de   5   cm de comprimento e diâmetro de 5 mm.

f) Apresentação do resultado das injeções

Os dados compilados durante o processo do  tratamento,  podem  ser  lançados  em mapa e interpolados apresentando curvas de isopressão ou isovolume.

Estes mesmos dados podem ser plotados de forma tridimensional, possibilitando o entendimento da evolução do trabalho de injeção.

 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 autorizada pelo fiscalização, a execução de furos rotativos para verificação das condições do maciço após o tratamento.

Nestes furos serão feitos ensaios de perda d’água e posteriormente injetados.

Procedimento Executivo Para  Injeção de Calda de Cimento Em Barragem

A injeção de calda de cimento é indicada para locais que apresentem solos pouco coesivos e de baixa resistência, onde se mostra necessário consolidar o substrato e aumentar a capacidade portante do maciço. 

Esta técnica tem sido largamente empregada para estabilizar solos em recalque e melhorar sua capacidade de carga.

1) INJEÇÃO DE CALDA DE CIMENTO : 

A injeção de calda de cimento não é uma prática comum em obras, devendo ser divulgado para conhecimento e solução de problemas em diversas obras de engenharia, podendo ser utilizada para correção e tratamento de solos e maciços rochosos, recalques diferenciais em fundações, principalmente no intuito de:

· Retirada e redução de vazamento a níveis aceitáveis de barragens de solo, concreto, reduzindo a perda d’água por percolação e vazamento, devido a vício da construção, nestes maciços; 

· Controlar a pressão d’água dentro do maciço da fundação e no contato estrutura – fundação da barragem, deixando a barragem estável; 

· Melhorar a resistência mecânica e as propriedades elásticas das rochas fraturadas; 

· Consolidação de solos moles, melhorando a capacidade de carga e suporte destes tipos de solos; 

A real necessidade ou tratamento final depende de alguns fatores técnicos: 

· Percolação de água em locais onde é necessário a estanqueidade das estruturas; 

· Altura do NA (nível d’água) do reservatório; 

· Permeabilidade da fundação; 

· Importância da perda d’água através da fundação; 

· Natureza da rocha e suas fraturas; 

· Baixa capacidade de suporte; 

· Baixa coesão entre partículas. 

· Travamento e/ou fixação de dispositivos de ancoragem 

As injeções podem ser efetuadas tanto em rochas quanto em solos, onde o que varia são os métodos de execução; quantidade das linhas de injeção; tipo de obturação; tipo de perfuração; tipos de injeção; pressões utilizadas nas injeções. 

As injeções podem ser dividas de acordo com as suas finalidades:

a) Injeção de Impermeabilização 

b) Injeção de Consolidação 

c) Injeção de Colagem 

d) Injeção de Preenchimento ou Contato

a) Injeção de Impermeabilização: Destina-se a preencher as fissuras e descontinuidades de qualquer tipo de rocha de fundação. Em conseqüência, provocam a perda de carga hidrostática, reduzem a percolação d’água e a subpressão;

Injeção de Impermeabilização em Paredes com aplicação de obturadores simples e controle de preenchimento com registro do tipo gaveta.

Injeção de Impermeabilização em Piso com aplicação de obturadores simples e controle de preenchimento com registro do tipo gaveta.

Injeção de consolidação de silicatos ou resinas para impedir o fluxo de água que adentra dentro de obras enterradas abaixo do nível d´água, subsolos e garagens, para casos especiais de tratamento.

b) Injeção de Consolidação: Aumenta a compacidade das rochas, melhorando a sua resistência mecânica e seu modulo de elasticidade. Emprega-se em rochas fraturadas de baixa resistência e refletem na sua impermeabilização;

Injeção de consolidação de Maciço rochoso com injeção de calda de cimento

Local da injeção de contato na câmara de adução do paramento frontal da Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa

d) Injeção de Preenchimento ou Contato: Elimina os vazios de estruturas de drenagem e  concretos e é executado com baixas pressões.

Estrutura interna de queda d´água para a casa de força da Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa que foi executado uma injeção de contato e colagem de  toda estrutura (cerca de 120,00 m de altura) injeção de consolidação entre o concreto armado e o maciço rochoso. O túnel de adução que foi escavado totalmente em rocha e revestido em concreto armado

Foto do acervo pessoal mostrando a execução da injeção de consolidação e contato (colagem) na estrutura do tomada d´água da barragem de Serra da Mesa

Fiscalização da Injeção de consolidação dos condutos forçados em Serra da Mesa

2) PROCESSO EXECUTIVO DE INJEÇÃO. 

Em geral, a injeção é efetuada através de furos abertos, em sua maioria com equipamento roto-percussivo. Esta perfuração é executada com a circulação de água ou ar comprimido para se evitar a penetração de detritos nos vazios e limpeza do furo. O material escavado na perfuração vai sendo expulso do furo durante o processo de perfuração, por esta circulação de fluídos.

Estes detritos gerados na perfuração poderão causar a colmatação das fraturas, fissuras ou vazios, impedindo a entrada de calda de cimento, por isso devem ser retirados.

Para a execução das injeções é usual fazer uma linha de furos exploratórios. Nestes furos o processo de perfuração é rotativo com extração de testemunho e ensaios de perda d’água para que se conheça o grau de faturamento da rocha; a percolação de água; e estrutura de maciço. Esta análise será repetida após a execução das injeções para analise da eficácia do processo.

3) EQUIPAMENTO DE INJEÇÃO E SUA ORDEM DE EXECUÇÃO 

a) Misturadores 

b) Agitadores 

c) Bombas 

d) Equipamentos complementares

Central de injeção padrão Progeo ergonomicamente estudada

a) Misturadores: Preparam a calda, em geral de alta rotação para dispersar bem os grânulos de cimento;

b) Agitadores: Mantêm a calda homogênea e impede que a mesma se solidifique antes do tempo adequado;

Nota: Usualmente agitadores e misturadores estão acoplado, formando um só equipamento.

c) Bombas: Injetam a calda de cimento sob pressão. Devem ter capacidade de injetar grandes vazões à pressão bem elevadas;

d) Equipamentos Complementares: Mangueiras; engates rápidos, registros, manômetros, conjunto de hastes e obturador, que descem ao furo para efetuar a injeção em trechos mais profundos.

Agitador de calda e misturados duplo vertical, utilizados para injeção de calda de cimento em barragens

4) INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO E IMPERMEABILIZAÇÃO 

As injeções de consolidação são feitas, para garantia da vedação e estanqueidade diminuindo a permeabilidade ao longo de uma área relativamente extensa, porém até uma profundidade relativamente pequena (5 à 10m). Entretanto, como já citado anteriormente, são efetivamente de consolidação quando a finalidade é melhorar a resistência do solo. As injeções deste tipo são freqüentemente efetuadas introduzindo-se calda em diversos furos simultaneamente. Também é comum iniciar por furos mais afastados uns dos outros e apenas numa segunda etapa, se necessário, injetar os furos intermediários.

 As injeções de impermeabilização visam criar uma zona menos permeável, relativamente estreita, sub - vertical ou levemente inclinada, disposta como uma continuação das estruturas de impermeabilização da própria barragem. Podem ser constituídas de 1, 2 ou até 3 linhas de furos. É freqüente efetuar uma linha central que vai a maiores profundidades e 2 linhas de furos mais rasos, a montante e jusante.

É importante salientar que a permeabilidade da fundação de um barramento deve ser menor que a do barramento, induzindo as águas de percolação ao sistema de drenagem. No caso de a permeabilidade da fundação ser maior que a do barramento, corre-se o risco do fenômeno de “piping” e liquefação da fundação.

As injeções nos furos podem ser executadas de 2 maneiras: DESCENDENTE ou ASCENDENTE. Método dos estágios ascendentes consiste em abrir o furo de uma só vez em toda sua profundidade e injetá-lo de baixo para cima, em diversos estágios de injeção, que em geral coincidem com a subdivisão das zonas, levando em conta que às vezes uma zona pode ser dividida em mais de um estágio.

Método Ascendente - Utilizado para injeção de consolidação de melhoria de maciços e fundação

No método de estágios descendentes, as operações seguem ordem inversa, abrindo-se o furo somente até o fim da zona mais superficial, injetando-a, reabrindo o furo antes da pega final da calda, perfurando a zona seguinte e repetindo-se o processo até o final do furo.

Perfuratrizes furando os furos primários para injeção de consolidação em uma barragem

É importante que a calda seja perfurada antes de atingir uma resistência elevada, pois, caso contra-rio, o furo ira desviar da orientação inicial.

O método ascendente é mais rápido e simples que o descendente. Entretanto o segundo protege melhor a rocha superficial contra excessos de pressão de injeção, sendo assim o mais recomendado para rochas em que a porção superficial é mais fraturada e sensível ao efeito de pressões elevadas.

Analisando o custo, o método ascendente se torna mais viável, pois envolve uma menor quantidade de perfuração.

Exemplificando melhor, a perfuração no trecho de injeção no método ascendente perfuraria somente uma única vez, onde no método descendente o mesmo trecho será perfurado mais vezes. Este acréscimo proporcional pode ser observado no gráfico abaixo:

5) PRESSÃO DE INJEÇÃO 

As pressões de injeção constituem um parâmetro controverso e que deve ser bem estudado antes do inicio dos trabalhos, de modo a se obter os melhores resultados pelo menor custo. Uma maior pressão de injeção faz crescer a quantidade de calda injetada e sendo a pressão muito alta, pode determinar a perda de coesão da rocha/solo (craqueamento do solo).

A pressão ideal de injeção, para um determinado maciço rochoso de fundação, é a pressão máxima que não cause movimentação do maciço e, portanto é determinada em função da profundidade da zona injetada, estrutura da rocha, altitude das fraturas e da sobrecarga devida à estrutura e do nível do lençol freático.

As altas pressões geralmente trazem economia aos trabalhos, uma vez que elas tendem a produzir um alargamento nas fissuras e com isso permitem uma penetração melhor até mesmo de calda relativamente grossas e feitas com cimentos comuns. Também ampliam substancialmente a distância de penetração das caldas. Assim, pressões elevadas tendem a aumentar a quantidade de calda que é injetada a partir de um mesmo furo, aumentando seu raio de influência, fazendo com que se possa efetuar o tratamento de modo mais eficiente e com menor numero de perfurações. Como o custo da perfuração constitui, via de regra, a maior parcela no custo total de um trabalho de injeção, o emprego de altas pressões pode diminuir consideravelmente o custo de um tratamento deste tipo além de normalmente melhorar bastante a sua qualidade.

O principal argumento contra pressões muito elevadas é de que as mesmas podem causar danos irreversíveis à rocha como abertura de novas fraturas e até mesmo aberturas de juntas que estavam seladas no caso de rocha de baixa resistência.

Estas pressões são geralmente definidas pelos projetistas ou contratantes conforme estado de confinamento do solo/rocha. No processo de injeção o comportamento das pressões de injeção varia muito e deve ser interpretado:

• Após abertura da manchete e rompimento da bainha (Pa), observa-se uma queda brusca da pressão (Pi), caracterizando o início da injeção do solo.

• À medida que a injeção prossegue novos trechos do solo podem ser rompidos e preenchidos com calda, acarretando um aumento lento e progressivo da pressão. Algumas vezes, é comum observar um ligeiro aumento brusco de pressão, voltando, em seguida, a aumentar lentamente. Este fato é explicado pelo: o aumento repentino da pressão que promove a ruptura de mais um trecho do solo que, em seguida, passa a ser preenchido com calda.

• Se, em determinado momento, a pressão de injeção fica estabilizada, ou até diminui, pode ser que o plano de ruptura tenha interceptado um vazio, que está sendo preenchido com calda. Após esta cavidade ser preenchida, a pressão provavelmente voltará a subir, caracterizando o seu preenchimento.

6) INJETABILIDADE DE CALDA 

A noção de injetabilidade da calda pode ser definida como a capacidade da calda de penetrar no meio a ser injetado, e é dada pela seguinte função:

Injetabilidade = (fluidez, Estabilidade)

Há para cada tipo de calda um melhor trabalho a ser executado, para comparar a injetabilidade de varias caldas, e devido a sua velocidade de escoamento e que é feita através de um funil padrão.

7) ADITIVOS E MATÉRIAS USADOS NAS CALDAS 

a) Micro-cimento 

b) Bentonita 

c) Tenso-Ativos 

d) Aceleradores 

e) Expansores 

a)      Micro-cimento: Trata-se de um produto cimentício a base de clínquer, micro pulverizado. Onde o diâmetro varia de 20 µm a 30 µm, possibilitando uma alta injetabilidade em micro-fissuras.

b)     Bentonita: Utilizada geralmente em porcentagens muito pequenas (2 a 3% em peso dos sólidos) para melhorar a injetabilidade. A Bentonita, sendo uma argila altamente expansiva e tixotrópica, possibilita a diminuição do fator A/C da calda, reduzindo a massa especifica, seu consumo de cimento e fluidez da calda.

c)      Tenso-Ativos: Substância que diminuem a tensão superficial e permite a perfeita “molhagem” dos grãos do cimento, melhorando a curva de injetabilidade.

d)     Aceleradores: São empregados em injeções de maciços rochosos, quando se desejam obter resistências mecânicas relativamente altas as primeiras idades (economia de tempo). Os aceleradores mais empregados são à base de cloreto de cálcio, carbonetos e hidróxidos alcalinos e trietamolamina.

e)      Expansores: aumentam a penetração e a estabilidade das caldas nas fissuras. O expansor mais comum e utilizado nas injeções de calda de cimento é o pó de alumínio.

Alem destes aditivos, são também utilizadas caldas com pozolana oferecendo as vantagens de maiores resistências a dissolução, menor permeabilidade e maior economia, mas com o inconveniente de ligeira diminuição da resistência a compressão.

OBS: é preciso verificar se a calda endurecida nas fissuras não terá menor resistência do que a própria rocha, o que tornaria ineficiente o acréscimo de qualquer aditivo.

8) CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO DE IMPERMEABILIZAÇÃO EM BARRAGENS

A seqüência de trabalho nas injeções de impermeabilização em barragens é normalmente executada da linha montante para linha jusante, impedindo o represamento da água. A abertura de novos furos estará sempre condicionada à especificação técnica ou projetista, tendo em vista que os consumos acima do previsto ocorrem uma transformação de calda e/ou abertura de novos furos.

Quanto à profundidade da injeção, a mesma será estabelecida através de critério de permeabilidade encontrado pelos ensaios de perda d’água, onde nas demais linhas, a profundidade é determinada através do acréscimo de um trecho de 3 metros onde o consumo de cimento foi superior a máxima estabelecida (projetista/especificação).

As distancias entre as perfurações variam para cada tipo de solo/rocha a ser tratada, é muito usual no Brasil furos exploratórios a cada 24 metros e subdivisões eqüidistantes com a nomenclatura de ordem primários, secundários, terciários... Já na linha central deve ser para o fechamento/conclusão da cortina, onde em geral são furos rasos e com consumo abaixo do estabelecido caso não ocorra um consumo esperado devera ser aberto furos complementares entre os furos centrais.

O espaçamento mínimo permitido entre furos é 37,5 cm esta é a distancia é a tomada entre os eixos dos furos.

A disposição dos furos encontra-se na figura abaixo:

Após a conclusão da injeção de impermeabilização deverão ser executados furos de verificação bem distribuídos em toda cortina onde nos mesmo deveram ser executado Ensaio de Perda D’água para verificar a eficácia impermeabilização.

Todos os furos injetados da cortina deveram ser repreenchido com caldas mais grossas (A/C 0,5:1) após 1 ou 2 dias que foram injetados, para garantir que não existam vazios no corpo do furo, devido à sedimentação, assim podendo proporcionar deficiência na impermeabilização nos furos, esta colmatação deverá ser feita pro gravidade.

9) CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO

O procedimento de injeção de consolidação é muito similar ao da injeção por impermeabilização, a diferença entre as duas que a calda de cimento terá objetivos diferentes, a injeção de consolidação tem como foco/objetivo o aumento da capacidade de carga, ou seja, aumento da resistência do solo.  

No gráfico de Resistência X Tempo observa-se o aumento da capacidade de carga.

Observa-se que inicialmente o solo/rocha mantém uma capacidade de suporte de carga X, onde o todo o processo de injeção da calda de cimento no “solo/rocha” ira destruir a estrutura original do mesmo para assim ocorrer um aumento desta capacidade de carga. Este aumento de suporte de carga é gradativo com o passar do tempo devendo levar em consideração que primeiro o solo/rocha fica fragilizado onde este enfraquecimento inicial deve ser muito bem estudado para se definir metodologia executiva e para não ocorrer acidentes por recalque acentuado de estrutura ou colapso da fundação

 Todas as injeções devem gerar boletins com os resultados que serão analisados por uma equipe técnica onde definirá se os resultados apresentados serão satisfatórios no relatório de conclusão do serviço.

10) BOLETIM DE INJEÇÃO 

O boletim de injeção registra a vida do furo devendo ser padronizado para todos os furos identificando como o furo foi executado e registrando as pressões nas diversas fases da obra.

A proposta para um boletim de injeção bem feito são:

10.1) O CABEÇALHO 

O CABEÇALHO: deve ser preenchido de forma correta, pois são de extrema importância os dados técnicos contidos nele. Para futuras consultas e fiscalizações.

10.5) VOLUME DA CUBA NO MISTURADOR 

Nota: depois, dividir o volume da cuba (V) encontrada pela altura (h) corresponde à quantidade de litros por centímetro no misturador.

10.6) RETIDO NA TUBULAÇÃO 

(RT) é descrito em 5 atividades onde este valor se repetir em todo o processo de injeção daquele furo ou trecho; desde que não se altere a quantidade de mangueira utilizada para o processo.

·         Bater traços de calda suficientes para preencher toda tubulação;

·         Fechar os registros de injeção na boca do furo;

·         Abrir o retorno deixando a calda circular;

·         Após a calda preencher toda a tubulação de injeção e retorno, medir quantos centímetros de calda abaixou na cuba

·         E multiplicar a quantidade de centímetros encontrada pelo volume (litros por centímetro), determinando assim o retido na tubulação.

10.7) TOTAL DA MISTURA POR TRECHO 

Se deve pela soma da CALDA BATIDA e a sobra do furo anterior.

10.8) VOLUME INICIAL NO RECIPIENTE 

10.9) TRECHO DE INJEÇÃO 

10.10) PRESSÃO PARA ABERTURA DE MANCHETE 

É um campo que deve ser preenchido no boletim de injeção somente se a injeção for marchetada (obturador duplo), onde este valor é obtido de forma direta através de leitura manométrica.

10.11) PRESSÃO DE INJEÇÃO POR TRECHO 

É dada por :

10.12) RETIDO NO RECIPIENTE 

   É um valor obtido após a injeção do trecho, onde a sua medição e feita em centímetros e logo após convertido em litros conforme o ITEM 10.5 e 10.6

10.13) TOTAL DA SOBRA 

É dado pela diferença de 2 valores já conhecidos O RETIDO NA TUBULAÇÃO (Item 6) e o RETIDO NO RECIPIENTE (Item12) conforme Formula abaixo:

10.14) REAL INJETADO (LITROS) 

É dado pela diferença entre de outros 2 valores já conhecido O TOTAL DA MISTURA (Item 10.7) e o TOTAL DA SOBRA (Item 10.13) conforme formula abaixo.

10.15) REAL INJETADO (KG) 

É dado pela conversão de litros para kilo do valor encontrado no ITEM 14 onde este fator de correção é de acordo com cada tipo de traço que é explicado no ITEM 10.4.

10.16) QUANTIDADE DE SÓLIDOS INJETADO 

É dada como a razão entre o REAL INJETADO (KG) ITEM 15 e INTERVALO DO TRECHO de injeção conforme formula abaixo:

10.17) CONTROLE APOS INJEÇÃO 

Após a injeção e preenchido conforme figura abaixo:

10.18) TOTAL DE CALDA BATIDA

se deve pelo somatório do VOLUME DO CIMENTO e o VOLUME D’AGUA. O valor encontrado se aplica no RESUMO:

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INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO PARA IMPEDIR RECALQUE EM PLATAFORMA FERROVIÁRIA

1 - Injeção de Consolidação de Maciço em Plataforma Ferroviária

 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

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.

Socadoras niveladoras após a injeção são indicadas a corrigir o 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. 

Detalhe do local de um trecho ferroviário de 100 m  onde será realizado o tratamento de injeção

 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.

CANTEIRO DE OBRAS

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. 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

Detalhe da manchete no tubo de PVC

 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.

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 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.

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.

CORTINA DE INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO DE TRATAMENTO DE FUNDAÇÃO DE BARRAGENS

CORTINA DE INJEÇÃO

Generalidades O sistema de injeção deverá ser tal que a calda de cimento possa ser introduzida na totalidade do furo, ou em diferentes profundidades do mesmo, mediante o emprego de obturadores.

A disposição dos equipamentos de injeção deverá incluir um circuito de retorno, convenientemente concebido, para que a calda de cimento possa circular, continuamente, ao longo da tubulação, a fim de evitar a obstrução da mesma e, simultaneamente, permitir um controle acurado da pressão no furo, por menor que seja o volume de calda injetado.

OBTURADOR DUPLO TIPO CHIFRE DE BODE

A distância entre o agitador e a bomba injetora não poderá ser maior do que 10,0 m e a distância entre a bomba injetora e o furo injetado não deverá exceder a 50,0 m, a não ser que seja introduzido um agitador intermediário ou mantido um controle sistemático de acompanhamento da calda de injeção, junto a boca do furo, que garanta a manutenção de suas características originais de fluidez, sedimentação e temperatura. No circuito de injeção não será permitido o emprego de tubulações, de acessórios ou de hastes com diâmetro interno inferior a 25 mm. As tubulações deverão ser lavadas periodicamente, com água corrente, com o fim de evitar obstruções por deposição de calda. Não será permitida a utilização de tubulações ou hastes de alumínio.

OBRA DE ESTREITO

§Tratamentos de Fundação (Cortinas de Injeção):

1) CORTINA DE INJEÇÃO (IMPERMEABILIZAÇÃO) - UHE RETIRO BAIXO:

Perfuração para instalação da manobra para obturação dos furos e injeção de calda de cimento

Sondagem Mista para confirmação do comportamento da calda no maciço da barragem

Misturador Duplo horizontal para preparo da calda de cimento para consolidação da Barragem

Obturador duplo tipo "Chifre de Bode" para injeção da calda de cimento 

2) UHE IRAPÉ - LELIVÉDIA/MG - CORTINA DE INJEÇÕES

Plano Inclinado que foi executado em Irapé para execução da perfuração e tratamento com injeção no Plinto da Barragem

3) UHE DONA FRANCISCA - AGUDO / RS - CORTINA DE INJEÇÕES

Perfuratrizes furando o maciço da barragem

4) CORTINA DE INJEÇÃO (IMPERMEABILIZAÇÃO) - PCH PIPOCA E UHE RETIRO BAIXO

Perfuratriz sobre esteiras trabalhando

Conjunto de Perfuratrizes Trabalhando na execução da Cortina de Injeção

5) CORTINA DE INJEÇÃO (IMPERMEABILIZAÇÃO) - BARRAGEM DO MIGUELÃO / MG

Bancada para aplicação no misturador duplo vertical para injeção de consolidação de calda de cimento

Perfuratriz CR-4 montada sobre andaimes para locais de difícil acesso

6) Barragem para reserva de água de recarga de Mineroduto:

Detalhe da plataforma intermediária criada para tratamento da barragem

Modelo de Perfil Geológico geotécnico de Absorção

Estudo do comportamento da estabilidade da barragem quando da execução da cortina de injeção

6) BOLETIM DE INJEÇÃO

7) GRAFICO DE ABSORÇÃO DE CALDA

8) PERFIL DE ABSORÇÃO DE CALDA NUM MESMO REFERENCIAL

FUROS PRIMÁRIOS

FUROS SECUNDÁRIOS

FUROS TERCIÁRIOS

FUROS QUATERNÁRIOS

FUROS QUINTENÁRIOS

1 - Tratamento Sub-Superficial da Fundação

 2 - Generalidades

 2.1 -  Condições Hidrogeológicas e Geotécnicas

 A fundação do vertedouro será constituída integralmente por maciço rochoso tipo I/II. Embora de excelente qualidade, o maciço apresenta, no horizonte de fundação, grau de fraturamento F1 (a jusante do eixo) e graus de fraturamento variando entre F2 e F3, a montante do eixo. As perdas de água variaram de 1,0 a 5,0 l/minxmxkg/cm2, indicando tratar-se de maciço com condutividade hidráulica mediana. Conforme indicaram os estudos de geologia de subsuperfície, na região das ombreiras tanto direita, quanto esquerda, as fraturas e juntas estão na sua maioria seladas, o mesmo acontecendo com o acamamento sedimentar. Em termos gerais, nas ombreiras o fraturamento varia de F3 a F5 e a condutividade hidráulica é baixa, variando entre 0 e 3,0 l/minxmxkg/cm2.

 2.2 - Conceituação do Tratamento

Das condições descritas no item anterior, conclui-se da necessidade de adoção de uma cortina de injeções de impermeabilização para homogeneizar as permeabilidades e eliminar os maiores valores de perda de água. Esta cortina de injeções poderá ser iniciada com os furos espaçados a cada 12,00 m, e prosseguir fechando o espaçamento nos pontos onde os ensaios de perda de água e absorção de cimento recomendarem. Tendo em vista que não há nenhum condicionante geológico importante, a profundidade dos furos deverá ser da ordem de 0,4 h, sendo h a carga hidráulica sobre a fundação. Em alguns trechos do maciço a espessura de zona fraturada poderá condicionar a profundidade dos furos, não se aplicando nesta zona o critério geométrico. A esta cortina de injeções de impermeabilização deverão ser associadas duas linhas de furos rasos, uma a montante e outra a jusante, com profundidade de  4,00 m e espaçados a cada 8,00 m, para injeção de fraturas mais freqüentes, à pequena profundidade.

 2.3 -  Descrição do Tratamento

 Basicamente os serviços serão executados nas seguintes etapas:

 1.  Execução e injeção de furos rotativos exploratórios a cada 48 m, com retirada de testemunhos e ensaios de perda d’água em trechos de 3,0 m e com profundidade de 3,0 m abaixo do limite previsto para o tratamento.

 2.  Execução e injeção de furos primários espaçados a cada 12,0 m, a roto-percussão.

 3.  Análise dos resultados de absorções dos furos obrigatórios e definição dos locais com necessidade de furos secundários.

 4.  Execução e injeção dos furos secundários adjacentes aos furos primários com maiores absorções de cimento.

 5.  Execução e injeção de furos terciários adjacentes aos furos secundários que tiveram absorções significativas de calda.

 6.  Caso algum furo terciário ainda apresente absorções consideradas grandes, será avaliada a necessidade de reforço do tratamento com furos quaternários.

 2.4 - Furos Exploratórios

 2.4.1 - Geral

Os furos exploratórios, espaçados a cada 48 m, serão executados com sondagem rotativa, diâmetro NX, com retirada e classificação de testemunhos.

Os ensaios de perda d’água serão executados em trechos de 3,0 m e em 3 estágios de pressão.

Os furos exploratórios serão injetados segundo os mesmos critérios definidos para o restante da cortina.

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 utilizados nas sondagens com retirada de testemunhos em rocha. Os equipamentos de furação deverão ter características e estar em condições de executar os furos com recuperação mínima de 70%.

O Consultor poderá autorizar o aprofundamento de um determinado furo exploratório, caso o mesmo não tenha atingido um maciço rochoso com permeabilidade mínima desejada.

 2.4.3 - Ensaios de Perda d’Água

Os ensaios de perda d’água sob-pressão serão executados 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 exploratórios serão adotados os mesmos critérios estabelecidos para o restante da cortina.

2.6 - Cortina de Injeção

2.6.1 - Perfuração

Os furos serão executados a partir do terreno natural ou após a escavação 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 será definido a partir do ponto considerado impenetrável ao avanço por trépano e lavagem. O diâmetro do furo na região do capeamento deverá ser compatível com o diâmetro do furo no trecho a ser tratado.

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 3,0 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, a critério da FISCALIZAÇÃO.

Furos obstruídos, onde não for conseguida uma boa limpeza, deverão ser obturados globalmente, executando-se perfuração e injeção de furo ao lado às expensas da CONTRATADA. A reperfuração nesses casos será realizada às expensas da CONTRATADA.

2.6.3 -  Métodos de Injeção

Em princípio, os furos deverão ser injetados de maneira ascendente, em trechos da ordem de 3,0 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 3,0 m, reperfurando-se os trechos injetados após a cura, os quais estarão aptos para fixar o obturador.

A critério da FISCALIZAÇÃO poderão ser utilizados outros processos para fixação do(s) obturador(es), desde que não prejudiquem a eficiência das injeções.

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;

  Outros equipamentos de controle a serem especificados pela FISCALIZAÇÃO nas instruções de campo.

2.6.5 -  Pressão de Injeção

A pressão manométrica de injeção a ser aplicada será 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.

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 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, areia ou de produtos químicos. Os materiais serão fornecidos e estocados conforme definido no item ET-6.5 - Materiais, destas Especificações.

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.

O cimento deverá ter uma finura Blaine superior a 3.200 cm2/g e uma percentagem de finos passante na peneira #200 (0,074 mm) superior a 98%.

c) Areia

A areia a ser utilizada será de granulometria fina, com grãos de preferência rolados, não contendo matérias orgânicas. A areia será peneirada recorrendo a uma pe­neira nº 8. Não deverá apresentar mais de 10% de elementos inferiores a 0,1 mm, e a dimensão máxima será de 0,2 mm (seguir norma MB-95 da ABNT exceto ao diâmetro máximo).

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, assim como de elementos de dimensão superiores a 0,080 mm e de matéria orgânica em sus­pensão ou dissolvida.

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 mo­do geral, de quaisquer produtos aditivos do cimento deverá ser submetido à autorização da FISCALIZAÇÃO, após a realização de ensaios de laboratório a serem efetuados por conta da CONTRATADA, que procurará mostrar as vantagens do seu emprego.

É proibido o uso de qualquer produto com composição química desconhecida ou mantida secreta.

f) Bentonita

A bentonita 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 da FISCALIZAÇÃO. Em princípio, eles serão o silicato de sódio comercial, e o bicarbonato de sódio, como reativo.

h) Injeções especiais com Argamassa (Areia / Cimento e Água):

Os procedimentos aqui estabelecidos serão ajustados pelo fiscalização, durante a execução dos serviços.

A injeção de argamassa poderá ocorrer quando houver vazios e fraturas em que o consumo de calda de cimento se demonstre grande e seja identificado o ponto de uga geralmente em algum afloramento ou inclusive na lamina d´água da barragem, isso quando ela estiver pronta.

Geralmente no tratam mento de uma barragem, dependendo do tipo de perfil geológico geotécnico o consumo e saco de cimentos pode variar de 1 saco até 3 sacos por metro linear de perfuração, sendo acompanhamento gráfico para detectar onde a falha geológica e vazamentos e falhas localizadas bem como um controle furo a furo do comportamento do consumo de calda injetada e de pressões de injeções para que se tenha a certeza de que com o aumento das pressões e a redução da vasão de injeção de calda tenhamos a garantia de que a cortina de injeção tenha sido suficiente. 

O consultor especializado poderá optar na substituição dos equipamentos por uma bomba injetora de argamassa que deve ser especial pois a areia contida na argamassa na injeção e muito abrasiva e pode danificar o equipamento se o mesmo não for adequada para a injeção de argamassa.

Poderemos iniciar a injeção com argamassa até conseguir tamponar as fendas principais e retornar a injeção de calda de cimento para um tratamento mais especifico e apurado visando o preenchimento completo dos vazios a ponto de se tornar a barragem praticamente estanque.

2.6.7 - Características das Caldas

As dosagens da calda de cimento e água serão definidas pela relação em peso C/A (cimento/água). O traço da calda poderá variar de 1:2 (calda mais fluida) e traço 1:0,8 (calda grossa). Estes traços deverão ter as seguintes características:

 a) Fator de sedimentação

      mínimo de 95% para calda grossa (1:0,8)

  mínimo de 90% para calda 1:1

  mínimo de 85% para calda fluida (1:2)

 b) Fluidez

A fluidez da calda será avaliada através da viscosidade medida pelo viscosímetro tipo Cone de MARCH (Æ 4,8 mm). O tempo de escoamento do volume de calda colocada no funil padrão deverá estar compreendido entre 35 e 40 segundos.

c) Tempo de início de pega

O tempo de início de pega da calda deverá estar compreendido entre 2 e 6 horas.

d) Temperatura da calda

Deverá ser verificada a variação das características roelógicas da calda com a temperatura da mesma, de forma a se avaliar a necessidade de resfriamento da água para confecção destas caldas.

Tudo indica que as condições de estabilidade de fluidez da calda, traços 1:2 e 1:1, só poderão ser conseguidas com a adição de bentonita. O modo de preparação da calda com bentonita será o seguinte:

Preparação de uma calda-mãe de bentonita-água; mistura a alta turbulência, de acordo com uma relação B/A (Bentonita-Água) previamente definida; e armazenamento da calda num tanque de grande volume onde será mantida continuamente agitada;

Esta primeira calda será utilizada para preparar as caldas bentonita-cimento por adição de água e de cimento, e mistura a alta turbulência.

A mistura final da primeira calda com o cimento demorará pelo menos 3 minutos.

Em nenhum caso se deve utilizar o mesmo tanque para preparar a calda bentonita-cimento e bentonita-água. A bentonita nunca deve ser ativada com a água em tanques onde exista cimento, mesmo que a percentagem de cimento seja muito reduzida.

A CONTRATADA indicará pormenorizadamente o material e as instalações de dosagem, mistura e injeção que pretende utilizar, os quais serão submetidos à aprovação da FISCALIZAÇÃO.

2.6.8 - Caldas a utilizar

 Em princípio são definidos os seguintes tipos de calda, cujos traços deverão ser  ajustados na fase inicial dos trabalhos:

  Calda A - C/A = 1:2 com adição de 2% de bentonita

  Calda B - C/A = 1:1 com adição de 1% de bentonita

  Calda C - C/A = 1:0,8, sem ou com adição de 1% de bentonita

  Argamassa - Água/Cimento/Areia = 1:1:1

2.6.9 - Sequência de Injeção

Os procedimentos aqui estabelecidos serão ajustados pelo fiscalização, durante a execução dos serviços.

A injeção de um trecho obedecerá a seguinte seqüência:

a) Iniciar a injeção com a calda A (1:2). Após a injeção de 100 kg/cimento por metro de furo, verificar o comportamento da pressão. Se a pressão tiver uma tendência de subida, confirmar a injeção até a nega. Se a pressão se mantiver estável, mudar a calda para o traço B (1:1). 

b) Repetir para o traço B (1:1), o procedimento descrito no item a) para o traço A.

c) Repetir para o traço C (1:0,8), o procedimento descrito no item a) para o traço A.

d)Injetar a argamassa até um consumo de cimento de 100 kg/m. Prosseguir a injeção até a nega, se for observada que a pressão tem tendência a subir. Caso a pressão se mantenha constante, paralisar a injeção por 24 horas. Após este tempo retomar a injeção de argamassa até uma tomada de cimento de 100 kg/m.

O atual conhecimento das condições do maciço objeto do tratamento, indica ser pouco provável a necessidade de injeção de argamassa.

A nega será atingida quando a absorção de calda, num trecho submetido à pressão máxima para o mesmo for inferior a 1,0 litro/min/metro durante 10 minutos.

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 50 kg/m, será necessário executar os 2 furos secundários adjacentes.

Se um dos trechos de um determinado furo secundário tiver absorção de cimento igual ou superior a 50 kg/m, será necessário a execução dos 2 furos terciários adjacentes.

Caso algum trecho de um furo terciário, ainda apresente absorções superiores a 50 kg/m, será avaliada pelo fiscalização, a necessidade de execução de furos quaternários ou até mesmo furos quintenarios ou necessidade de execução de uma nova linha de injeção.

 2.6.11 - Registros da injeção

 Para cada furo injetado deverá ser executado pela CONTRATADA 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 autorizada pelo fiscalização ou pelo contratante final, a execução de furos rotativos para verificação das condições do maciço após o tratamento.

Quando existir campanha de sondagem anterior com medida de SPT poderá ser avaliado a melhora do trecho injetado em solo com a melhoria do SPT no trecho tratado.

Já se o tratamento for feito na rocha fragmentada alterada, nestes furos poderão ser feitos ensaios de perda d’água para comparar com a melhoria da absorção do ensaio de perda d´água antes do tratamento da barragem e posteriormente injetados.

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Luiz Antonio Naresi Júnior é engenheiro civil com ênfase na área de Saneamento, possui pós-graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho, Analista Ambiental pela UFJF (Universidade Federal de Juiz de Fora), e em Engenharia Geotécnica pela UNICID (Universidade Cidade de São Paulo). É especialista em obras de Fundação Profunda, Contenções de Encosta, Obras de Artes Especiais, Projetos de Contenção, Infraestrutura Ferroviária e Rodoviária. Atualmente é sócio da ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica), diretor do Clube de Engenharia de Juiz de Fora (MG) desde 2005, participa como voluntario pela ABMS como apoio a defesa civil de Belo Horizonte, Professor da Escalla Cursos para Mestre de Obras (CEJF / CREA/MG), Puc Minas - Fundação e Geotecnia e INBEC, consultor de fundação pesada e geotecnia, comercial e assessor da diretoria da Empresa Progeo Engenharia Ltda. 

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