COLUNAS JET GROUTING

O presente trabalho vem apresentar metodologia bsica a ser empregada na execuo de colunas de solo cimento tipo Jet Grouting.

1. Sobre a tecnologia jet-grouting Para o tratamento do solo com calda de cimento em rea e profundidades conforme projeto sero executadas colunas de solo cimento tipo Jet Grouting. As colunas de solo-cimento so corpos cilndricos executadas mediante injeo de calda de cimento em jatos de altssima presso, que desagregam o solo natural resultando em ntima mistura de solo e cimento, permitindo a reclassificao do macio, aumentando significativamente os seus parmetros de estabilidade.

O conceito fundamental da tecnologia jet grouting o emprego da fora de impacto do jato hidrulico para desagregar o solo. Nesta tecnologia, a presso de bombeamento de calda de cimento, que , inicialmente, energia de natureza potencial, transforma-se em energia cintica, injetando-se calda de cimento atravs de bicos laterais ( geralmente orifcios de dimetro compreendido entre 1,8 a 4 mm ) haste, com uma velocidade que atinge 200 - 320 m/s.

Combinando movimentos de rotao e de translao ascendente da haste com os bicos jateadores, so criadas formas cilndricas de solo-cimento, cujo dimetro e resistncia funo da caracterstica do terreno e do mtodo de execuo.

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

O mtodo CCP (Cement Churning Pile ) haste singela, monotubo, Nakanishi, 1970, que historicamente, a letra C inicial desse mtodo era atribuda chemical" devido ao uso de aglutinante qumico. Neste mtodo utiliza-se apenas uma haste de ao para jateamento da calda de cimento, sem o emprego de ar comprimido, formando, desta forma colunas de dimetros menores. Pode-se usar neste processo, haste dupla, sem a utilizao de ar.

O mtodo CJG (Column Jet Grout) - tubo triplo, com emprego de ar comprimido, Yahiro, 1976 utiliza-se trs hastes coaxiais, e dois bicos jateadores: no superior, de menor dimetro, injeta-se, a presses elevadas, gua envolvida por ar

comprimido e no inferior, de dimetro menor, injeta-se calda de cimento a presses relativamente mais baixas, obtendo-se colunas de grande dimetro (at 3 m). Este processo, pelo elevado custo da bomba, raramente empregado no Brasil.

2. Ensaios prvios de compatibilidade cimento / solo / gua

Caso haja a ocorrncia de argila orgnica ou terrenos com presena de contaminantes, dado o conhecimento de que para determinadas caractersticas fsico qumicas 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 investigao em laboratrio de suas caractersticas fsico qumicas e geotcnicas, e subseqente simulao do seu comportamento, quando misturado com calda de cimento.

As amostras do solo devero ser extradas com tubo tipo Shelby, Osterberg ou outro mtodo de retirada devendo ser protegidas contra a perda de umidade, e transportadas ao laboratrio.

Nos furos de amostragem, dever ser realizada uma coleta da gua do subsolo com amostrador apropriado dotado de vlvulas de reteno, de forma a permitir a extrao da gua do furo sem a contaminao por gua de lavagem de perfurao das camadas superiores. A coleta dever ser feita em frascaria ou recipientes apropriados, seguindo estritamente as recomendaes do laboratrio que ir proceder s anlises, observando-se os prazos mximos estipulados por este laboratrio quando validade da amostra.

Os ensaios indicativos de compatibilidade mnimos so os indicados na tabela abaixo, e realizados no mnimo em UMA amostra para cada tipo de ensaio.

Material Especificao N da Norma NBR

Solo Acidez (Bauman Gully) 9252 Solo Teor de Matria Orgnica 13600

Solo pH -

gua do Subsolo pH 9251

Mistura Solo Cimento

Resistncia compresso 7 dias

12025

Resistncia compresso - 28 dias

12025

Outros ensaios qumicos complementares eventualmente podem ser necessrios tais como Sulfato, Sulfeto, Cloreto, Carbono Orgnico Total, Capacidade de Troca Catinica, etc.

3. Parmetros de injeo Os parmetros de injeo, tais como presso, trao da calda, tempo de injeo, velocidade de rotao e translao da haste sero definidos aps ensaios prvios de compatibilidade do solo com o cimento e aferidos em colunas testes pouco profundas onde sero verificadas caractersticas geomtricas e mecnicas atravs de escavaes para exposies das colunas aferio dos dimetros resultantes e extrao de corpos de prova para ensaios de resistncia.

4. Atividades inerentes execuo dos servios

As atividades inerentes execuo das colunas so basicamente as seguintes:

a) Preparo do terreno com capacidade de suporte adequado aos equipamentos.

b) Locao topogrfica. c) Seqncia executiva A elaborao de uma seqncia executiva bsica prvia que permita a execuo contnua de colunas sem interrupes e sem que a perfurao e injeo de colunas no perturbem colunas recm injetadas. d) Sistema de conduo e remoo do refluxo Esta atividade propicia as condies de mobilidade do equipamento dentro do canteiro, com limpeza da frente, e compreende a conduo do refluxo por canaletas e acumulao provisria em bacias de conteno para posterior coleta e remoo at o bota fora ou reaproveitamento em outras frentes, alm de coleta sistemtica para ensaios de resistncia a compresso.

e) Perfurao A perfurao do terreno feita pelo processo rotativo convencional com o emprego de gua como elemento de lavagem. empregada nesta fase, perfuratriz rotativa que apresente recurso de rotao da coluna entre 6 a 20 RPM.

A coluna empregada constituda por hastes especiais, com capacidade para absorver at 900 kg/ cm de presso. Para estes solos sem mataces (solos homogneos) recomenda-se as brocas tricnicas. O hidromonitor constitudo por um cilindro vazado, com rosca API nas duas extremidades. Junto extremidade inferior onde se acopla a broca de perfurao, existe um orifcio de dimetro entre 1,8 a 4,0 mm. O dimetro do orifcio determinado em funo da compacidade ou consistncia do subsolo. No punho da broca de perfurao usinado um assentamento de vlvula esfrica que tem por objetivo impedir a circulao da calda de cimento atravs da sada da broca, durante o processo de injeo. f) Injeo de calda de cimento A injeo da calda de cimento executada atravs de orifcios de pequeno dimetro no hidromonitor. A injeo tem incio quando a perfurao atinge a profundidade desejada, instante em que se interrompe a injeo dgua e, conforme parmetros pr estabelecidos, a calda de cimento lanada atravs de orifcios de pequenos dimetros alojados no corpo do hidromonitor em altssima velocidade. A calda de cimento normalmente tem trao a/c = 1,0 em peso e ser ajustado aps ensaios prvios de compatibilidade com o solo local e colunas testes.

g) Preparao da calda A calda de cimento preparada inicialmente num agitador de alta turbulncia.

O fornecimento de gua importante. Por isso mesmo recomenda-se manter junto a cada misturador ao menos duas caixas de gua de no mnimo 10.000 l, mesmo contando com o fornecimento de gua contnuo pelas redes oficiais.

5. Controles executivos

Durante a execuo so procedidos vrios controles rotineiros de verticalidade, do dimetro, e da resistncia tanto da coluna quanto do refluxo, para que sejam atendidas todas as requisies estabelecidas pelo projeto. Estes controles se referem a:

a) Perfurao - Verificao da locao e cota do terreno superficial, anotando

imediatamente no mapa do controle de execuo.

- Verificao do posicionamento da haste e sua correta inclinao.

- Verificao do perfeito estacionamento e nivelamento da mquina, assegurando-se que no haver nenhum deslocamento durante a execuo dos servios. Reiniciar os servios se ocorrer qualquer problema.

- Verificao e anotao da profundidade de perfurao, atravs do comprimento das hastes utilizadas, bem como controle automtico e escala graduada externa. Repetir essas mesmas operaes com as profundidades de incio e fim de injeo das colunas, e incio e fim de trecho de eventual pr-ruptura.

b) Injeo - Verificao e anotao do tempo gasto na perfurao, pr-ruptura e

injeo da coluna. O controle do tempo dever ser feito com cronmetro. - Verificao e anotao da presso na bomba injetora durante a execuo

da coluna JG, durante toda a fase de injeo, anotando eventuais variaes de presso.

- Verificao e anotao da velocidade de rotao da haste em rpm.

- Verificao e anotao do tempo de subida da haste (translao) em cada passo, com uso de cronmetro; controle do passo de injeo do equipamento.

- Verificao e anotao do trao da calda de gua-cimento do misturador.

- Verificao e anotao do consumo real de calda de gua-cimento na execuo da coluna.

- Anotao do tipo e a marca do cimento utilizado.

c) Materiais Os materiais constituintes das colunas devero satisfazer s condies especficas na ABNT em ensaios prvios com Certificado de Conformidade.

ME-JG0002-01-00/09 pg.6

d) Boletim de controle de execuo Estas informaes e eventuais outras observadas durante a execuo das colunas sero registradas em documento denominado Boletim de Controle de Perfurao e Injeo de Jet Grouting.

6. Resistncia / controle tecnolgico

A resistncia das colunas funo do tipo do solo. Para tanto a avaliao da resistncia da lama de refluxo um parmetro que normalmente atende. Eventualmente promove-se a extrao e ruptura de corpos de prova.

A definio de um programa de controle tecnolgico rotineiro durante a execuo das colunas, parmetros de amostragem e aceitabilidade, caso no estejam especificados em projetos, devem ser definidos em comum acordo com a fiscalizao e especificaes de projeto previamente ao incio dos servios. Sugerimos para avaliao das caractersticas das colunas de solo-cimento in situ que se adotem os seguintes procedimentos de ensaios:

1. Resistncia do refluxo de calda

- Conformidade com a resistncia indicada no projeto, na freqncia de 2 ensaios para cada 100m tericos de solo injetado ou frao, um 7 dias e outro 28 dias.

2. Avaliao da resistncia In Situ

- Ensaio SPT na regio injetada, para confirmao da impenetrabilidade percusso, ou nmero de golpes resultante, na mesma freqncia anterior.

- Sondagem rotativa* e extrao de testemunhos dimetro 50 mm para ruptura em laboratrio, na idade atual.

*Nota: Ser feita somente se julgado necessrio em funo dos resultados do SPT. Dever se utilizar barrilete duplo livre dimetro HW para garantir integridade da amostra

7. Aspectos de projeto (Estimativa de dimetro, propriedades e dosagens) O dimetro efetivo obtido atravs da experincia de cada empresa executora, funo de caractersticas granulomtricas do solo, resitncia ( spt ), cimentao e parmetros adotados para a execuo.

Abaixo tabelas indicativas de dimetros estimados em funo da granulometria do terreno e para cada processo.

COLUNAS CCP

TIPO DE SOLO SPT (N) DIMETRO (cm)

AREIA COM PEDREGULHOS - 50 5

AREIA

< 4 80 5

4 a 10 70 5

10 a 20 60 5

ARGILA

< 2 70 5

2 a 8 60 5

8 a 15 50 5

COLUNAS JSG

TIPO DE SOLO SPT (N) DIMETRO (cm)

AREIA COM PEDREGULHOS - 100 10

AREIA

< 15 170 10

15 a 20 130 10

20 a 40 110 10

ARGILA

< 2 160 10

2 a 10 130 10

10 a 20 120 10

As propriedades tpicas do jet grouting, em valores indicativos para etapa de projeto inicial, que devero ser confirmados em fase adiantada dos estudos, so apresentadas abaixo:

AGLUTINANTE TIPO DE SOLO RESISTENCIA

COMPRESSO (qu MPa)

COESO (C) r=C/qu

CIMENTO PORTLAND

SOLO INORGNICO

AREIA 2,5 6,0 0,19

SILTE 2,0 4,5 0,25

ARGILA 1,5 3,5 0,30

SOLO ORGNICO

TURFA E ARGILA

ORGNICA 0,5 2,5 -

Outros parmetros, do tipo adeso e trao na flexo, recomenda-se a adoo de 1/3 e 2/3 da coeso respectivamente, para o mdulo de deformao E50 100xqu.

A experincia brasileira mostra que o ngulo de atrito do solo tratado praticamente invarivel, da ordem de 32, 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 compresso simples das colunas varia de acordo com o aglutinante, tipo de solo e tempo de cura. Portanto a dosagem apresentada a seguir indicativa e para aglutinante do tipo cimento Portland.

TIPO DE SOLO CONSUMO DE CIMENTO (kg/m)

SOLO INORGNICO

AREIA 250 450

SILTE 300 500

ARGILA 350 600

SOLO ORGNICO

TURFA E ARGILA

ORGNICA > 600(*)

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

8. Referncias bibliogrficas

ABEF, Associao Brasileira de Engenharia de Fundaes - Manual de Especificaes de Produtos e Procedimentos Engenharia de Fundaes e Geotecnia 3 Ed. Ver. E ampl. So Paulo: Pini, 2004.

Vrios Autores, Fundaes: teoria e prtica. 2 Ed. So Paulo: Pini, 1998.

Relatrios tcnicos de obras executadas