12) JET-GROUTING

O Comitê Brasileiro de Túneis – CBT da Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – ABMS convida a comunidade técnica para o Webinário " Jet Grouting em Obras Civis ", com Akira Koshima representando a Novatecna S.A - Soluções em Jet Grouting - Associado Coletivo da ABMS e do CBT. (http://www.novatecna.com.br)

Eng. Akira Koshima e Eng. Luiz Antonio Naresi Júnior no congresso SEFE - 9

Akira Koshima é co-editor do livro “TÚNEIS DO BRASIL”, lançado em 23 de Junho de 2006 pelo CBT. Foi presidente do CBT- Comitê Brasileiro de Túneis da ABMS, gestão 2002 a 2006. É membro do Conselho Diretor da ABMS. Autor de mais de 60 trabalhos técnicos e científicos publicados em congressos nacionais, internacionais e periódicos.

Jet Grouting

O jet grouting é uma técnica de melhoria de solos realizada diretamente no interior do terreno sem escavação prévia, utilizando para tal um ou mais jactos horizontais de grande velocidade de rotação (cerca de 250 m/s) que aplicam a sua elevada energia cinética na desagregação da estrutura do terreno natural a sua frente e na mistura de calda de cimento com as partículas de solo desagregado, dando origem a um material de melhores características mecânicas do que o inicial e de menor permeabilidade, inclusive aumentado o número do SPT naquele local.

O processo capaz de se valer da atuação de um jato da calda de cimento introduzido no terreno a alta pressão e elevada velocidade através de bicos injetores, num raio bem determinado, de tal modo que desagrega o solo misturando-se a este formando, assim, colunas de solo-cimento.

O sistema é empregado em todos aqueles casos onde, pela heterogeneidade dos terrenos ou pelas características anômalas de permeabilidade, se tornem de difícil ou duvidosa execução os sistemas tradicionais de injeção e de perfuração.

Suas principais aplicações são:

Diafragmas com paredes impermeáveis;

Blocos de Fundação;

Sistemas Estruturais “Mistos”;

Estabilização preventiva do solo para escavação de túneis;

Tampões de fundo de escavações;

Reforço de pisos industriais;

Painel Jetting.

Esquema básico do Jet-Grouting

1 - Perfuração até a cota de fundo do tratamento;


2 - Início da ruptura hidráulica e Injeção ascendente;


3 - Pré - ruptura do solo com ar e/ou água em alta pressão (250 a 350 kg / cm2);


4 - Injeção da coluna de calda de cimento, dosando-se o avanço da subida em tempo, rotação por minuto e tamanho do bico de projeção (regular pressão e vazão);


5 - Monitoramento eletrônico

O monitoramento eletrônico, visando um melhor controle e qualidade do tratamento executado, bem como a garantia de rigorosa observância e controle das premissas de projeto. O monitoramento mede as principais características de execução como: profundidade, rotação da haste, força de penetração, pressão da calda, pressão do ar, volume da calda e tempo.


ORIGEM DO JET - GROUTING :

A sua origem e desenvolvimento, a partir de 1970, deveu-se à necessidade de colmatar a lacuna deixada pelas técnicas de injeção de terrenos no que se refere ao tratamento de solos de reduzidas características mecânicas e de elevada permeabilidade ou heterogéneos em determinadas condições, como por exemplo, as que se verificam em zonas urbanas, para as quais a limitação das perturbações causadas e respectivo controle são condições obrigatórias.

O processo físico da técnica de jet grouting envolve as seguintes etapas:

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

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

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

JET GROUTING UTILIZADO PARA REFORÇO DE ESTRUTURAS

Coluna Consolidada

Jet grouting

É uma técnica que serve para melhorar as propriedades mecânicas do solo. Utilizado para diferentes tipo de aplicação na engenharia, especialmente na área de tratamento do solo, podendo servir como fundação, utilizado para fundações onde exista recalque após a construção, seja de pontes, edifícios, construção de túneis permitindo a escavação segura, ou para tratamento de maciços ou impermeabilização do solo mole (encharcado) e para consolidar as camadas de túneis com menos suporte que correm risco de desmoronamento.

As técnicas utilizadas para a formação das colunas de Jet Grouting são a perfuração com ar ou água e em seguida a alta pressão, cerca de 350 kg/cm2 promove-se a injeção de calda de cimento podendo ser utilizados aditivos específicos.

Essência do Jet Grouting

Jet grouting (JG) é uma técnica de engenharia desenvolvido no Japão no início da década de 70 e que hoje é largamente utilizada nas grandes obras de construção. Ele utiliza um jato de alta pressão (energia cinética líquida) para cortar a terra em volta com movimentos rotacionais a alta velocidade e misturá-lo com o solo a ser tratado promovendo uma ligação de consolidação mais estável que a anterior. Na maioria dos casos, este ligante é a calda de cimento injetada sobre alta pressão. Desta forma, todos os materiais, situado no entorno do solo, ou mesmo aterro de resíduos, são misturados "in situ" com o material de injeção e, assim, um bloco homogêneo com forma cilíndrica é criado que endurece ao longo do tempo. Esta técnica é diferente de todas as outras técnicas de consolidação utiliza o desmonte previo da estrutura existente configurando após a injeção da calda de cimento uma nova estrutura no solo em relação a sua estrutura original.

Possíveis usos

O Jet-Grouting (JG) pode ser utilizado na maioria dos solos, independente da sua configuração inicial ou de sua classificação. Teoricamente, ele pode ser usado para tratar a maioria dos tipos de solo de solos moles e silte até areia e cascalho. Embora seja possível utilizar qualquer tipo de agente aglutinante do Jet-Grouting (JG), na maioria do casos é utilizado uma mistura apenas de água e cimento, sendo que se pode variar o traço para cada tipo de solo, conforme a experiência e os ensaios de sondagem. Podemos aumentar ou reduzir o valor da água no traço inclusive poderá ser utilizado a mistura de bentonita caso seja necessário.

Forma, tamanho, composição e estabilidade da pilha, potência do jato, deverão se ajustados para as diferentes características mecânicas do solo, bem como o tipo de agente de ligação, a velocidade, o passo de subida, a rotação e o tamanho do bico de injeção, velocidade de fluxo durante a injeção, as condições de pressão e movimentos da haste de perfuração. Alcançável valores de resistência em diferentes solos.

COLUNAS SECANTES DE JET GROUTING

Equipamento para execução de Jet-Grouting

Uma perfuratriz de grande porte, dotada de esteira dotada de uma sistema de perfuração com broca rotopercussiva com martelo de fundo para atravessar matação ou interferencias e com utilização de um sistema de ar comprimido dotado de pulmão de ar e um compressor com cerca de 950 pcm, bentonita para estabilização das parecedes do furo para lavagem da perfuração ou desmonte prévio da mesma. Após a cota fina da fundação ser atingida, na região onde quer se tratar, da-se inicio a injeção de alta pressão da calda de cimento de baixo para cima (injeção ascendente) onde a calda de cimento com alta pressão, cerca de 350 kg / cm2 (20-60 MPa) é injetado no solo através de um bocal contendo um bico injetor. Dependendo do tipo de solo é usado para se promover uma pré-ruptura do solo ruim (demolição do solo), sendo que podemos destacar três sistemas principais de operação:

1) Monofásica ou Jet Mono (CCP) :

A calda de cimento é injetada diretamente em um grupo de bicos situado acima do bit de perfuração, rotacionando através do seu eixo de perfuração. O solo ao redor da haste é demolido e prensado na lateral pela alta pressão de injeção da calda e da alta taxa de rotação da haste de perfuração / injeção. Após a consolidação sobre pressão, o bloco de calda de cimento e consolidado e estabilizado, criando uma pilha de 40 a 120 cm de diâmetro. Este "sistema de consolidação" é mais conveniente e eficiente, podendo ser utilizado em qualquer ângulo. Por isso é útil para estabilizar as fundações dos edifícios existentes e nos túneis onde há um espaço limitado disponível. Os trabalhos preparatórios de escavação local e horários são notavelmente mais curtos, o método é mais barato, mais limpo e menos ruidosos.)

No Brasil o CCP suportam pouco a grande pressão e basicamente não se utiliza a haste dupla ar, água e nata de cimento.

2)Dupla fase de Jet (grout jumbo)

Este sistema tem o mesmo princípio básico, mas, para ampliar a cobertura, ele usa um bico injetor com pressão de ar comprimido em torno da haste de perfuração que comprime as paredes do solo fazendo uma pré ruptura e outro bico de injeção de calda de cimento que em seguida consolida e comprime todo o maciço em volta da haste de perfuração. As estacas que são criadas com a pré-ruptura de ar comprimido conseguem atingir desta desta forma uma de diâmetro maior entre 0,8 até 1,80 m, dependendo da pressão de ar comprimido adicionada. O dispositivo para este sistema é o mesmo, com excepção da haste coaxial terminado com compressor de ar (ver foto).

3) Triplo Jet Grouting - GJG

Este sistema contém água e ar para a demolição do solo criando assim a possibilidade de interação entre as partículas de solo e a calda de cimento substituindo inclusive os finos do solo. A calda de cimento é injetada separadamente através de uma válvula colocada sob a água / válvula de ar. Este sistema é diferente do jato único no seu uso. A energia do jato e maior contribuindo com a água e pressão para a demolição do solo, a penetração da água no solo através do jato é facilitada pelo ar criado ao redor do bico injetor ao redor do jato. O diâmetro da estaca preparados com este método pode ultrapassar 2 m.

Parâmetros para dimensionamento do Jet-Grouting

Para criação de uma coluna de Jet-Grouting integra e homogênea, a velocidade de rotação da haste de injeção de ar / calda pode variar entre 10 a 20 rpm.

Durante a retirada da haste de perfuração, a velocidade de retirada de subida é de 20 a 50 cm / min.

O solo é demolido e misturado com a calda de cimento alta pressão de injeção formando um corpo cilíndrico (pilha) onde parte deste material e purgado para cima e outra parte fica confinada lateralmente a escavação.

Equipamentos e Utensílios básicos

Basicamente é composto por quatro unidades:

1) Cilo de cimento;

2) misturador de calda de cimento de cuba dupla horizontal justaposta para injeção;

3) Bomba de injeção de argamassa de alta vasão e pressão 350 kg / cm2 (400 a 900 bar);

4) Compressor de ar comprimido 790 pcm dotado de pulmão de ar com reservatório de 10 m3;

5) Perfuratriz hidráulia rotopercussiva sobre esteiras;

6) Conjunto de hastes duplas de ar / injeção para calda de cimento e injeção de ar;

Para utilizar o Triplo Jet Grouting

  • Um compressor de ar comprimido;

  • Uma bomba d´água de alta pressão;

As unidades de mistura de cimento automática e as bombas de alta pressão são instaladas geralmente num espaço de 6,00 m x 2,5m dentro de containers. Os silos de cimento e o misturador de calda são acoplados através de mangotes de alta pressão ligados rigidamente a bomba de injeção de calda de alta pressão, as conexões da bomba e de perfuratriz são dotadas de componentes móveis e flexíveis, mangotes normalizados para aguentar uma pressão de 900 bar. Todos os parâmetros característicos da perfuração e da injeção pode também ser controlado durante o trabalho por um dispositivo de gravação digital de dados montado na máquina. A documentação deste computador poderá ser impressa para o controle e registro da qualidade das estacas executadas no dia e dos consumos de cimento. As hastes de perfuração são dimensionadas de acordo com o tipo de solo.

Uso

Existem inúmeras variações para o uso do Jet-Grouting no campo da Engenharia de fundação profunda, hidráulica aplicada e projetos ambientais. É utilizado para reforço de fundação e construção de poços de apoio (Metro), estabilidade de taludes, bem como para a construção de paredes de proteção, para a preparação do solo em túneis, com tratamento prévio para a escavação, e cravando cambotas metalicas ou enfilagem adicional, utilizado para reforço de barragem, para a melhoria do contato da barragem com o solo de fundação, formando uma cortina de injeção, utilizado para emboques superiores em túneis, para garantir a segurança da escavação dando o suporte temporário e final para a estabilização final do sistemas de túneis.

METODOLOGIA EXECUTIVA

COLUNAS JET GROUTING

O presente trabalho vem apresentar metodologia básica a ser empregada na

execução de colunas de solo cimento tipo “Jet Grouting”.

1. Sobre a tecnologia “jet-grouting”

Para o tratamento do solo com calda de cimento em área e profundidades conforme

projeto serão executadas colunas de solo cimento tipo Jet Grouting. As colunas de

solo-cimento são corpos cilíndricos executadas mediante injeção de calda de

cimento em jatos de altíssima pressão, que desagregam o solo natural resultando

em íntima mistura de solo e cimento, permitindo a reclassificação do maciço,

aumentando significativamente os seus parâmetros de estabilidade.

O conceito fundamental da tecnologia “jet grouting” é o emprego da força de impacto

do jato hidráulico para desagregar o solo. Nesta tecnologia, a pressão de

bombeamento de calda de cimento, que é, inicialmente, energia de natureza

potencial, transforma-se em energia cinética, injetando-se calda de cimento através

de bicos laterais ( geralmente orifícios de diâmetro compreendido entre 1,8 a 4 mm )

à haste, com uma velocidade que atinge 200 - 320 m/s.

Combinando movimentos de rotação e de translação ascendente da haste com os

bicos jateadores, são criadas formas cilíndricas de solo-cimento, cujo diâmetro e

resistência é função da característica do terreno e do método de execução.

O método JSG (Jumbo Special Grout ) ou JG (Jumbo Grout ) - tubo duplo com

emprego de ar comprimido, Nakanishi & Yahiro 1975 – utiliza-se duas hastes

coaxiais: numa delas ( a interna ) injeta-se calda de cimento e na outra ( envolvendo

o jato de calda ) o ar comprimido, obtendo-se desta forma colunas de diâmetros

maiores do que aquelas obtidas sem o emprego de ar comprimido.

O método CCP (Cement Churning Pile ) –haste singela, monotubo, Nakanishi, 1970,

que historicamente, a letra C inicial desse método era atribuída à “chemical" devido

ao uso de aglutinante químico. Neste método utiliza-se apenas uma haste de aço

para jateamento da calda de cimento, sem o emprego de ar comprimido, formando,

desta forma colunas de diâmetros menores. Pode-se usar neste processo, haste

dupla, sem a utilização de ar.

O método CJG (Column Jet Grout) - tubo triplo, com emprego de ar comprimido,

Yahiro, 1976 – utiliza-se três hastes coaxiais, e dois bicos jateadores: no superior,

de menor diâmetro, injeta-se, a pressões elevadas, água envolvida por ar

comprimido e no inferior, de diâmetro menor, injeta-se calda de cimento a pressões

relativamente mais baixas, obtendo-se colunas de grande diâmetro (até 3 m). Este

processo, pelo elevado custo da bomba, é raramente empregado no Brasil.

2. Ensaios prévios de compatibilidade cimento / solo / água

Caso haja a ocorrência de argila orgânica ou terrenos com presença de

contaminantes, dado o conhecimento de que para determinadas características

físico químicas destas argilas ou terrenos o processo de pega e cura do cimento

pode ser muito retardado ou inibido, deve-se promover uma amostragem desta

argila e investigação em laboratório de suas características físico químicas e

geotécnicas, e subseqüente simulação do seu comportamento, quando misturado

com calda de cimento.

As amostras do solo deverão ser extraídas com tubo tipo “Shelby”, Osterberg ou

outro método de retirada devendo ser protegidas contra a perda de umidade, e

transportadas ao laboratório.

Nos furos de amostragem, deverá ser realizada uma coleta da água do subsolo com

amostrador apropriado dotado de válvulas de retenção, de forma a permitir a

extração da água do furo sem a contaminação por água de lavagem de perfuração

das camadas superiores. A coleta deverá ser feita em frascaria ou recipientes

apropriados, seguindo estritamente as recomendações do laboratório que irá

proceder às análises, observando-se os prazos máximos estipulados por este

laboratório quando à validade da amostra.

Os ensaios indicativos de compatibilidade mínimos são os indicados na tabela

abaixo, e realizados no mínimo em UMA amostra para cada tipo de ensaio.

Mistura Solo Cimento

Resistência a compressão - 7 dias

12025

Outros ensaios químicos complementares eventualmente podem ser necessários tais como Sulfato, Sulfeto, Cloreto, Carbono Orgânico Total, Capacidade de Troca Catiônica, etc.

3. Parâmetros de injeção

Os parâmetros de injeção, tais como pressão, traço da calda, tempo de injeção,

velocidade de rotação e translação da haste serão definidos após ensaios prévios de

compatibilidade do solo com o cimento e aferidos em colunas testes pouco

profundas onde serão verificadas características geométricas e mecânicas através

de escavações para exposições das colunas aferição dos diâmetros resultantes e

extração de corpos de prova para ensaios de resistência.

4. Atividades inerentes à execução dos serviços

As atividades inerentes à execução das colunas são basicamente as seguintes:

a) Preparo do terreno com capacidade de suporte adequado aos

equipamentos.

b) Locação topográfica.

c) Seqüência executiva

A elaboração de uma seqüência executiva básica prévia que permita a execução

contínua de colunas sem interrupções e sem que a perfuração e injeção de colunas

não perturbem colunas recém injetadas.

d) Sistema de condução e remoção do refluxo

Esta atividade propicia as condições de mobilidade do equipamento dentro do

canteiro, com limpeza da frente, e compreende a condução do refluxo por canaletas

e acumulação provisória em bacias de contenção para posterior coleta e remoção

até o bota fora ou reaproveitamento em outras frentes, além de coleta sistemática

para ensaios de resistência a compressão.

e) Perfuração

A perfuração do terreno é feita pelo processo rotativo convencional com o emprego

de água como elemento de lavagem. É empregada nesta fase, perfuratriz rotativa

que apresente recurso de rotação da coluna entre 6 a 20 RPM.

A coluna empregada é constituída por hastes especiais, com capacidade para

absorver até 900 kg/ cm² de pressão. Para estes solos sem matacões (solos

homogêneos) recomenda-se as brocas tricônicas.

O hidromonitor é constituído por um cilindro vazado, com rosca API nas duas

extremidades. Junto à extremidade inferior onde se acopla a broca de perfuração,

existe um orifício de diâmetro entre 1,8 a 4,0 mm. O diâmetro do orifício é

determinado em função da compacidade ou consistência do subsolo. No punho da

broca de perfuração é usinado um assentamento de válvula esférica que tem por

objetivo impedir a circulação da calda de cimento através da saída da broca, durante

o processo de injeção.

f) Injeção de calda de cimento

A injeção da calda de cimento é executada através de orifícios de pequeno diâmetro

no hidromonitor. A injeção tem início quando a perfuração atinge a profundidade

desejada, instante em que se interrompe a injeção d’água e, conforme parâmetros

pré estabelecidos, a calda de cimento é lançada através de orifícios de pequenos

diâmetros alojados no corpo do hidromonitor em altíssima velocidade.

A calda de cimento normalmente tem traço a/c = 1,0 em peso e será ajustado após

ensaios prévios de compatibilidade com o solo local e colunas testes.

g) Preparação da calda

A calda de cimento é preparada inicialmente num agitador de alta turbulência.

O fornecimento de água é importante. Por isso mesmo recomenda-se manter junto

a cada misturador ao menos duas caixas de água de no mínimo 10.000 l, mesmo

contando com o fornecimento de água contínuo pelas redes oficiais.

5. Controles executivos

Durante a execução são procedidos vários controles rotineiros de verticalidade, do

diâmetro, e da resistência tanto da coluna quanto do refluxo, para que sejam

atendidas todas as requisições estabelecidas pelo projeto.

Estes controles se referem a:

a) Perfuração

- Verificação da locação e cota do terreno superficial, anotando

imediatamente no mapa do controle de execução.

- Verificação do posicionamento da haste e sua correta inclinação.

- Verificação do perfeito estacionamento e nivelamento da máquina,

assegurando-se que não haverá nenhum deslocamento durante a

execução dos serviços. Reiniciar os serviços se ocorrer qualquer

problema.

- Verificação e anotação da profundidade de perfuração, através

do comprimento das hastes utilizadas, bem como controle automático

e escala graduada externa. Repetir essas mesmas operações com as

profundidades de início e fim de injeção das colunas, e início e fim de

trecho de eventual pré-ruptura.

b) Injeção

- Verificação e anotação do tempo gasto na perfuração, pré-ruptura e

injeção da coluna. O controle do tempo deverá ser feito com cronômetro.

- Verificação e anotação da pressão na bomba injetora durante a execução

da coluna JG, durante toda a fase de injeção, anotando eventuais

variações de pressão.

- Verificação e anotação da velocidade de rotação da haste em rpm.

- Verificação e anotação do tempo de subida da haste (translação) em cada

passo, com uso de cronômetro; controle do passo de injeção do

equipamento.

- Verificação e anotação do traço da calda de água-cimento do misturador.

- Verificação e anotação do consumo real de calda de água-cimento na

execução da coluna.

- Anotação do tipo e a marca do cimento utilizado.

c) Materiais

Os materiais constituintes das colunas deverão satisfazer às condições específicas

na ABNT em ensaios prévios com Certificado de Conformidade.

d) Boletim de controle de execução

Estas informações e eventuais outras observadas durante a execução das colunas

serão registradas em documento denominado Boletim de Controle de Perfuração e

Injeção de Jet Grouting.

6. Resistência / controle tecnológico

A resistência das colunas é função do tipo do solo. Para tanto a avaliação da

resistência da lama de refluxo é um parâmetro que normalmente atende.

Eventualmente promove-se a extração e ruptura de corpos de prova.

A definição de um programa de controle tecnológico rotineiro durante a execução

das colunas, parâmetros de amostragem e aceitabilidade, caso não estejam

especificados em projetos, devem ser definidos em comum acordo com a

fiscalização e especificações de projeto previamente ao início dos serviços.

Sugerimos para avaliação das características das colunas de solo-cimento “in situ”

que se adotem os seguintes procedimentos de ensaios:

1 - Resistência do refluxo de calda

2 - Avaliação da resistência "In situ"

- Conformidade com a resistência indicada no projeto, na frequência de 2 ensaios para cada 100 m3 teóricos de solo injetado ou fração, um à 7 dias e outro à 28 dias.

- Ensaio de SPT na região injetada, para confirmação da impenetrabilidade à percussão, ou número de golpes resultante, na mesma frequência anterior.

- Sondagem rotativa* e extração de testemunhos diâmetro > = 50 mm para ruptura em laboratório, na idade atual.

*Nota: Será feita somente se julgado necessário em função dos resultados do SPT.

Deverá se utilizar barrilete duplo livre diâmetro HW para garantir integridade da

amostra

7. Aspectos de projeto (Estimativa de diâmetro, propriedades e dosagens)

O diâmetro efetivo é obtido através da experiência de cada empresa executora, é

função de características granulométricas do solo, resitência ( spt ), cimentação e

parâmetros adotados para a execução.

Abaixo tabelas indicativas de diâmetros estimados em função da granulometria do

terreno e para cada processo.

COLUNAS CCP

COLUNAS JSG

As propriedades típicas do jet grouting, em valores indicativos para etapa de projeto

inicial, que deverão ser confirmados em fase adiantada dos estudos, são

apresentadas abaixo:

Outros parâmetros, do tipo adesão e tração na flexão, recomenda-se a adoção de

1/3 e 2/3 da coesão respectivamente, para o módulo de deformação E50 ≈100xqu.

A experiência brasileira mostra que o ângulo de atrito do solo tratado é praticamente

invariável, da ordem de 32º, sugerindo adotar o mesmo valor do solo “in natura”.

Para o coeficiente de permeabilidade valores entre 10-8 e 10-9 m/s.

A resistencia do jet grouting à compressão simples das colunas varia de acordo com

o aglutinante, tipo de solo e tempo de cura. Portanto a dosagem apresentada a

seguir é indicativa e para aglutinante do tipo cimento Portland.

(*) NECESSIDADE DE ENSAIOS ESPECIAIS DE COMPATIBILIDADE DO SOLO-CIMENTO

INOVAÇÃO, PRODUTIVIDADE E EMPREENDEDORISMO NA ENGENHARIA CIVIL

MELHORES DE 2014 - OAS

1a Edição • São Paulo 2015 - Agência Imaginera

4 - METODOLOGIA EXECUTIVA DOS SERVIÇOS:

4.1. HISTÓRICO DOS MÉTODOS DE INJEÇÃO:

A tecnologia de injeção a alta pressão foi desenvolvida originalmente no Japão.

Por volta de 1965, surgiram as idéias iniciais que posteriormente redundaram em técnicas diversas de injeção, hoje conhecidas. Naquela época se empregava jato de água a alta velocidade (obtida através de alta pressão) para corte de solos aluvionares.

Em 1970 o Engº NAKANISHI introduziu a técnica que até hoje é conhecida por CCP (Chemical Churning Pile). A técnica, na ocasião, consistia em se produzir um jato de calda (produtos químicos variados, como silicatos, cimentos, etc.), através de uma haste giratória, dotada de movimento de translação. de modo que o produto resultante era uma coluna de solo tratado.

Na mesma época, o Engº YAHIRO introduziu a técnica que ficou conhecida por JG (Jet Grout Method). Nesse método o jato era unidirecional de modo a formar uma fresta no solo, a qual resultaria preenchida por calda.

Ambos patentearam seus processos e se posicionaram como rivais de modo que trataram logo de aperfeiçoar os seus respectivos métodos.

Nesse sentido, já em 1972, o Engº NAKANISHI introduzia a técnica do JSP (Jumbo Special Pile) que posteriormente foi patenteado sob a sigla JSG (Jumbo Special Grout), sigla que continua até a presente data. Neste método, a novidade era a introdução de ar comprimido, concentricamente com o jato de calda, de modo que o produto final era uma coluna tratada, de maior diâmetro (usualmente de 0,8 a 2,0 metros).

4.2. INÍCIO DOS MÉTODOS DE INJEÇÃO:

Em novembro de 1981, uma equipe de engenheiros Brasileiros foram ao Japão com o intuito de se obter o "Know-How" dos processos.

Posteriormente o referido engenheiro e técnico especializado vieram ao Brasil efetivando-se tal transferência.

4.3. DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS MÉTODOS:

Os métodos de execução de colunas injetadas à alta pressão (CCP/JSG), consistem basicamente em duas etapas principais: perfuração e injeção.

A metodologia empregada para perfuração é definida em função do material que consiste o subsolo, capacidade de suporte do terreno, velocidade de execução da obra e profundidades a serem atingidas.

Para os casos mais corriqueiros em que o substrato seja constituído somente por solo, o equipamento que executa a perfuração é o mesmo que participa da execução das colunas injetadas.

Para os casos em que o substrato revele a presença de interferências (blocos de concreto, base de tubulões, matacões, etc.), a atividade de perfuração para se desenvolver de forma totalmente independente da atividade de execução das colunas injetadas. Para estes casos, podem ser empregadas quaisquer metodologias de perfuração, seja por rotação com circulação d'água ou rotopercussão com martelo de superfície ou martelo de fundo. Neste caso, concluída a perfuração, uma outra perfuratriz irá se posicionar no furo já concluído, para a introdução das hastes que irão executar a coluna injetada.

4.3.1. Método CCP (CHEMICAL CHURNING PILE):

Inicialmente posiciona-se uma perfuratriz equipada com um lance de hastes que atinja as profundidades de projeto.

Na extremidade da haste é instalado um hidromonitor especial NCV (Nozzle Churning Valve) que de maneira bem simplificada pode ser descrito como um segmento de haste (mais ou menos 30 cm) com 1 ou 2 furos laterais e uma válvula de pé sensível à pressão, com sapata de vídia na extremidade inferior. Nos furos laterais são instalados bicos de pequeno diâmetro (diâmetro 1,5 a 3,0 mm), em aço especial (bico injetor).

Durante o processo de perfuração em substratos em solo ou introdução de hastes em substratos com interferências, é utilizada circulação de água com baixa pressão e a válvula de pé fica aberta e a água de circulação sai pela extremidade da sapata de vídia tal como num furo convencional de circulação direta.

Uma vez atingida a profundidade de projeto inicia-se a injeção sob alta pressão.

Quando se aplica alta pressão, a válvula de pé é obturada e o líquido é obrigado a sair pelos furos laterais, através dos bicos injetores.

Gira-se a haste a baixa rotação (usualmente 6 a 8 rpm) ao mesmo tempo que se providencia sua subida (usualmente 1 polegada após 2 giros completos), resultando pois, uma "coluna" injetada.

As perfuratrizes empregadas para esta atividade são modelo "SM-400" de fabricação da Soil Mec, equipadas com "timer" eletrônico de modo que a subida das hastes seja totalmente automatizada.

As bombas de injeção são modelo "4TS350" do mesmo fabricante, tipo triplex com capacidade de injetar até 60 l/min a pressão de cerca de 60 MPa e até 350 l/min a pressão de 20 MPa.

A pressão de trabalho varia de 10 a 20 MPa, sendo que a calda injetada pode ser constituída de produtos vários, tais como silicatos, acetatos, etc. e mais freqüentemente cimento e/ou bentonita. As colunas obtidas nessas condições tem diâmetros variáveis entre cerca de 0,2 e 0,9 metros.

A resistência do material tratado, depende do tipo de solo e dos parâmetros da injeção (pressão, velocidade de subida, etc.), porém para amostras coletadas nas partes mais periféricas, a resistência à compressão simples é usualmente superior a 20 kg/cm2.

4.3.2. Método JSG (JUMBO SPECIAL GROUT):

Tendo em vista que o método CCP produzia colunas com diâmetros relativamente limitados (entre 20 e 90 cm), os japoneses aperfeiçoaram este método para obtenção de colunas maiores (diâmetros até 200 cm).

Assim sendo foi criado o método JSG.

A técnica nesse caso prevê a introdução de um jato de ar comprimido que envolve o filete de calda de injeção sob pressão (o atrito da calda com ar/sólidos, etc. seria diminuído), permitindo que o mesmo atingisse maior distância além do fato de que o ar ao retornar para a superfície produz troca de solo.

O sistema é similar ao CCP, porém é necessário o emprego de hidromonitores com 2 saídas concêntricas: a saída central seria igual ao do CCP e a saída externa se destinaria ao ar comprimido.

Por motivos óbvios, a haste e a cabeça d’água teriam que ser duplas. Pela haste interna se injeta a calda e pelo espaço anelar entre as hastes se injeta ar comprimido.

No método JSG as pressões de injeção de calda também são maiores (mínimo de 20 MPa a 60 l/min).

O ar comprimido deve ter uma vazão de cerca de 5 m3/h a 7 kgf/cm2.

Os procedimentos de execução dos serviços seguem padrões ISO, conforme as seguintes Normas Brasileiras vigentes da ABNT.

3.1 Técnicas de Melhoramento

As técnicas de melhoramento de solos podem ser utilizadas para o tratamento de solos diante de aterros ou transformar solos inviáveis para utilização

em viáveis, segundo (DIAS, 2012).

As técnicas não deixam de ser uma intervenção no solo, segundo Carvalho, Falconi, Frota, Hachich, Niyama e Saes (1998). Estas intervenções são necessárias quando o solo apresenta uma baixa capacidade de suporte de carga, ou quando é necessário intervir devido ao aumento de tensões decorrente obras novas ou de ampliação.

As técnicas estudadas a seguir serão o Jet Grouting, as colunas de solo granulares, o Deep Soil Mixing e o STABTEC.

3.1.1 JET GROUTING:

O Jet Grouting, de acordo com Moretti Engenharia Consultiva (2012) e Carvalho, Falconi, Frota, Hachich, Niyama e Saes (1998), se baseia em uma técnica de melhoramento de solos que utiliza de jatos horizontais e verticais sob alta pressão e alta velocidade, o que resulta na quebra da estrutura do solo estudado, e na mistura da calda de cimento injetada com o solo tratado. Suas colunas podem chegar até 10 m de profundidade, segundo (ROBERTO, 2012).

Os diversos autores Carvalho, Falconi, Frota, Hachich, Niyama e Saes (1998), (NARESI JUNIOR, 2010), (MONTALTI, 2011), (RIBEIRO, 2010) e (ROBERTO, 2012), apresentam ideias semelhantes e complementares a respeito dos sistemas de Jet simples, duplo e triplo, que são resultantes das situações exigidas durante a execução e se diferem na forma utilizada para realizar a desagregação do solo ser reforçado.

O sistema de jato simples é caracterizado pela injeção da calda de cimento em bicos injetores horizontais em alta velocidade, causando a erosão do solo que, ao ser

misturado com a calda, resulta em um solo mais homogêneo e mais resistente.

UNIVERSIDADE PRESPITERIANA MACKENZIE COMPORTAMENTO DOS SOLOS MOLES DIANTE DE ATERROS E TÉCNICAS DE ESTABILIZAÇÃO DE RECALQUES

O sistema de jato duplo é basicamente igual ao sistema de jato simples, porém é injetado ar em alta pressão em torno da haste de injeção da calda de cimento. O ar comprimido, que entra em contato antes da calda de cimento, realiza uma ruptura prematura do terreno e a injeção da calda de cimento finaliza a compressão do maciço em torno da perfuração e consolida do solo.

O ar introduzido e a calda de cimento circulam separadamente dentro da perfuração executada.

O sistema triplo apresenta três hastes coligadas, uma de ar, outra de água e a última com calda de cimento e um hidromotor na sua ponta, que possui dois bicos jateadores posicionados com níveis diferentes. Esse sistema pode vir a agredir o solo em volta da coluna que está sendo criada.

O bico superior libera um jato com água de alta pressão envolvida com ar comprimido, causando a ruptura no solo. O bico inferior libera a calda de cimento que se mistura com o solo que acabou de ser erodido, sendo que esse jato deve ser mais potente que o superior para garantir o preenchimento dos espaços vazios pela calda de cimento

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