Técnica de tratamento de solos Jet Grouting · Grouting, efectuou-se o acompanhamento da Obra do...

Técnica de tratamento de solos – Jet Grouting

Acompanhamento de um caso real de estudo – Cais de Santa

Apolónia e Jardim do Tabaco

Ana Luísa Sousa Ribeiro

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Professor Doutor Jaime Santos (IST)

Orientador: Professor Alexandre Pinto (IST)

Vogal: Professora Doutora Rafaela Cardoso (IST)

Outubro de 2010

i

Resumo

As técnicas de tratamento de solos têm vindo a ser desenvolvidas ao longo dos últimos

anos e apresentam cada vez mais aplicabilidades no que diz respeito à realização de obras em

locais de fracas características geotécnicas. A presente dissertação teve como objectivo

abordar a técnica de tratamento de solo – Jet Grouting, referindo os aspectos mais relevantes.

Neste âmbito, apresenta-se uma breve explicação das várias técnicas de tratamento de

solos. Efectuou-se, ainda, referência às aplicações diversas e mais comuns da técnica em

estudo, assim como dos respectivos sistemas, das variáveis que a influenciam, os

procedimentos executivos e equipamentos utilizados. Foram, também, mencionadas as

vantagens e desvantagens, assim como o controlo de qualidade com alguma relevância.

De forma a melhor compreender o funcionamento da técnica de tratamento de solos - Jet

Grouting, efectuou-se o acompanhamento da Obra do aterro do “Cais do Jardim do Tabaco”.

Houve especial preocupação em observar a execução da técnica, no entanto, o faseamento

construtivo não foi o único aspecto a ter em consideração no acompanhamento de Obra. Os

resultados do controlo de qualidade e da instrumentação foram elementos importantes para

uma melhor percepção dos cuidados a ter e de possíveis patologias que possam surgir em

obras geotécnicas.

A dissertação inclui ainda uma análise comparativa entre algumas soluções possíveis de

tratamento de solos, tendo em consideração os objectivos pretendidos na Obra em estudo.

Palavras-chave: Tratamento de solos; Jet Grouting; controlo de qualidade;

instrumentação.

iii

Abstract

Ground improvement techniques have been improved over recent years and have more

applicability in soils with very poor geotechnical conditions. This paper focuses on the ground

improvement technique of Jet grouting, referring to its most relevant aspects.

In this context, a brief explanation of the various ground improvement techniques is

presented. References are also made to its various and most common applications. Their

systems, relevant parameters, the procedures, equipment used, advantages and disadvantages

and quality control are also addressed.

In order to achieve a better understanding of the ground improvement technique operation -

Jet grouting, a case study regarding the construction of a fill at the “Cais do Jardim do Tabaco”

is presented. This construction was not the only aspect to take into consideration, as the results

of the quality control and instrumentation were also important elements for a better

characterization of the problems that may arise in geotechnical constructions.

The paper continues with a comparative analysis between some possible ground

improvements solutions, taking into consideration the objectives of the case study.

Key words: Ground improvement; Jet Grouting; quality control; instrumentation.

v

Agradecimentos

Esta dissertação representa o resultado de horas de estudo, reflexão e trabalho durante as

várias fases que a constituem.

A realização da dissertação foi o culminar de vários objectivos académicos alcançados

com o apoio e colaboração de diversas pessoas e entidades, a quem se expressa o sincero

agradecimento:

Ao Professor Alexandre Pinto, pelos conhecimentos transmitidos, pela paciência

demonstrada durante estes anos, pelos documentos e informação fornecida e pela

orientação sempre que necessária.

À empresa Somague, na pessoa do Engenheiro João Ravasco, pela simpatia e

disponibilidade demonstrada durante todo o acompanhamento da Obra e pela

transmissão de conhecimentos fundamentais.

À empresa Seth, na pessoa do Engenheiro Gonçalo Marques pela disponibilidade

demonstrada sempre que foi preciso;

À Administração do Porto de Lisboa, SA, pela autorização concedida para a utilização

de referências e informação do projecto e da obra.

À empresa de Engenharia: Fundações e Geotecnia Hagen (ex-Geocimenta), na pessoa

do Sr. Luís Acúrcio, pela paciência e disponibilidade demonstrada ao longo de vários

meses.

Ao encarregado Aldo Marques, pelo apoio e informação disponibilizada.

Aos meus pais e irmã toda o carinho, paciência, e apoio incondicional que permitiram

concretizar mais esta etapa.

A todos os amigos e familiares pelo apoio e amizade demonstrados ao longo destes

anos.

vii

Índice Resumo .......................................................................................................................................... i

Abstract ......................................................................................................................................... iii

Agradecimentos............................................................................................................................. v

Simbologia .................................................................................................................................... xv

Capítulo 1 Introdução .................................................................................................................. 1

1.1 Objectivos ...................................................................................................................... 1

1.2 Organização da dissertação .......................................................................................... 2

1.3 Apresentação de técnicas de tratamento de solo ......................................................... 3

1.4 Definição e importância da técnica ............................................................................... 8

1.5 Evolução histórica ....................................................................................................... 12

Capítulo 2 Técnica de Jet Grouting em solos ........................................................................... 15

2.1 Generalidades ............................................................................................................. 15

2.2 Sistemas de Jet ........................................................................................................... 15

2.3 Parâmetros do Jet Grouting ........................................................................................ 19

2.3.1 Características geotécnicas do terreno ................................................................... 19

2.3.2 Parâmetros de execução do Jet .............................................................................. 21

2.3.3 Geometrias .............................................................................................................. 24

2.4 Dimensionamento do projecto ..................................................................................... 26

2.5 Processo executivo da técnica de Jet Grouting .......................................................... 28

2.6 Equipamentos .............................................................................................................. 29

2.7 Controlo de Qualidade ................................................................................................ 32

2.8 Vantagens e Desvantagens de aplicação da técnica ................................................. 36

Capítulo 3 Caso de estudo – Aterro da Doca do Jardim do Tabaco ........................................ 39

3.1 Descrição do Cenário Base e Enquadramento Geral ................................................. 39

3.2 Localização geográfica ................................................................................................ 40

3.3 Dimensões e características da doca existente .......................................................... 41

3.4 Elementos base ........................................................................................................... 42

3.5 Principais condicionantes ............................................................................................ 43

3.5.1 Enquadramento geológico e geotécnico ................................................................. 43

3.5.2 Condicionamentos hidrográficos ............................................................................. 47

3.5.3 Condições de vizinhança ........................................................................................ 48

3.5.4 Condicionamentos construtivos .............................................................................. 49

viii

3.5.5 Serviços afectados .................................................................................................. 49

3.5.6 Prazo de execução .................................................................................................. 49

3.6 Solução Proposta – Tratamento de solos de fundação da Doca ................................ 50

3.7 Faseamento Construtivo ............................................................................................. 52

3.7.1 Parâmetros de execução observados em obra ...................................................... 54

3.7.2 Controlo de Qualidade............................................................................................. 54

3.8 Materiais ...................................................................................................................... 59

3.8.1 Materiais definidos para os elementos estruturais .................................................. 59

3.8.2 Materiais de Estaleiro .............................................................................................. 60

3.9 Plano de Instrumentação e Observação ..................................................................... 62

3.9.1 Generalidades ......................................................................................................... 62

3.9.2 Grandezas a Medir .................................................................................................. 62

3.9.3 Meios para a medição ............................................................................................. 62

3.9.4 Características dos aparelhos ................................................................................. 62

3.9.5 Frequência de Leituras ............................................................................................ 63

3.9.6 Critério de alerta e alarme ....................................................................................... 64

3.9.7 Medidas de Reforço ................................................................................................ 64

3.9.8 Resultados da instrumentação instalada ................................................................ 65

3.10 Evolução da Obra – Visitas à Obra ............................................................................. 74

3.11 Análise do projecto de reparação da rotura localizada do aterro e revisão da solução

de fecho da Doca .................................................................................................................... 84

3.11.1 Solução Proposta ................................................................................................ 86

Capítulo 4 Análise Comparativa ............................................................................................... 89

4.1 Análise comparativa das soluções alternativas com a solução adoptada .................. 89

Capítulo 5 Considerações finais ............................................................................................... 93

5.1. Conclusões .................................................................................................................. 93

5.2. Desenvolvimentos Futuros .......................................................................................... 94

Bibliografia ................................................................................................................................... 95

Anexos ......................................................................................................................................... 99

ix

Índice de figuras

Figura 1 - Consolidação sem recurso a geodrenos, o caminho de drenagem corresponde à

espessura vertical da camada (Adaptado [1]). .............................................................................. 4

Figura 2 - Consolidação com geodrenos, o caminho de drenagem deixa de ser a

espessura da camada vertical e passa a ser o afastamento entre geodrenos (Adaptado [1]). ... 4

Figura 4 - Colocação do Geodreno. [1] .................................................................................. 4

Figura 5 - Colocação do Geodreno [1] ................................................................................... 4

Figura 3 - Constituição do Geodreno [1]. ............................................................................... 4

Figura 6 - Vibroflutuação, colocação de material granular [1]. .............................................. 5

Figura 7 - Corte de uma coluna de brita – vibrosubstituição [1]. ........................................... 5

Figura 8 - Planta de uma coluna de brita – vibrosubstituição [1]. .......................................... 5

Figura 9 - Tratamento de solo por incremento de capacidade de carga e por

confinamento/adensamento lateral [1]. ......................................................................................... 5

Figura 10 - Tratamento de solo através da colocação de estacas cravadas [1]. .................. 5

Figura 11 - Caso de aplicação de compactação dinâmica.[1]. .............................................. 6

Figura 12 - Tratamento de solos com Deep Soil Mixing, faseamento. [1] ............................. 7

Figura 13 Condições e campo de aplicação da técnica de Jet Grouting (Adaptado [2])....... 9

Figura 14 - Aplicabilidade de Jet Grouting em solos versus outros tipos de injecção de

caldas (Adaptado [2]). ................................................................................................................. 10

Figura 15 -Exemplos de aplicação da técnica Jet Grouting em obras geotécnicas

(Adaptado [4]). ............................................................................................................................. 11

Figura 16 - Sistema de Jet tipo I (Adaptada [12])). .............................................................. 17

Figura 17 - Sistema de Jet tipo II (Adaptada [12]). .............................................................. 17

Figura 18 - Sistema de Jet tipo III. (Adaptada [12]). ............................................................ 17

Figura 19 - Sistemas de Jet em função de Nspt do solo, em solo incoerentes (Adaptado

[2]). .............................................................................................................................................. 17

Figura 20 - Diâmetro da coluna [mm] em função do tipo de solo (Adaptada [11]). ............. 19

Figura 21 - Erodibilidade do material (Adaptado de [12]). ................................................... 20

Figura 22 - Diâmetro da coluna [mm] em função de Nspt (Adaptada [11]. ......................... 21

Figura 23 - Várias geometrias possíveis de serem executar em colunas de Jet Grouting

(Adaptado [2]). ............................................................................................................................. 25

Figura 24 - Conjugações das várias geometrias ([2]). ......................................................... 25

Figura 25 - "Efeito sombra" (sobreposição) necessário na realização de tampões de fundo

(Adaptado [2]). ............................................................................................................................. 26

Figura 26 - Controlo de qualidade, observação do estado da coluna [2]. ........................... 27

Figura 27 - Controlo de Qualidade, recolha de carotes [2]. ................................................. 27

Figura 28 - Faseamento da técnica Jet Grouting (Adaptado [12]). ...................................... 29

Figura 29 - Estaleiro necessário à realização da técnica Jet Grouting (Adaptado [2]). ....... 29

Figura 30 - Silo de cimento (Estaleiro Jardim do Tabaco). .................................................. 30

Figura 31 - Central misturadora e bomba da argamassa (Estaleiro Jardim do Tabaco). .... 31

x

Figura 32 - Esquema de uma Maquina de Injecção [2]. ...................................................... 31

Figura 33 - Maquina de Injecção - Jet Grouting, Jardim do Tabaco. ................................... 31

Figura 34 - Controlo dos parâmetros de execução da técnica Jet Grouting, registos

automáticos [2]. ........................................................................................................................... 32

Figura 35 - Resistência à compressão [MPa] em função da dosagem de cimento [Kg/m3].

Comparação da resistência à compressão com a técnica Jet Grouting em vários tipos de solo

com a resistência à compressão do betão (Adaptado [2]). ......................................................... 34

Figura 36 - Resistência à compressão [MPa] em função do Tempo [Dias] (Adaptado [2]). 35

Figura 37 - Relação entre o custo de realizar uma coluna com o diâmetro da coluna [m] de

Jet Grouting (Adaptado [2]). ........................................................................................................ 36

Figura 38 - Projecto arquitectónico para o Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia

(TCSA) a construir sobre o aterro do cais do Jardim do Tabaco (3ª Fase). [18] ........................ 39

Figura 39 - Consórcio constituído por Somague, Seth e OFM. ........................................... 40

Figura 40 - Localização da Obra em estudo. ....................................................................... 40

Figura 41 - Dimensões do aterro do Jardim do Tabaco. Fotografia tirada em Agosto de

2009. ............................................................................................................................................ 41

Figura 42 – Localização dos vários elementos com anomalias da Doca. ........................... 42

Figura 43 - Representação do instrumento do ensaio CPTU. [2]. ....................................... 43

Figura 44 - Corte Geológico AA´ do Aterro e localização das sondagens. ......................... 45

Figura 45 - Cortina de estacas prancha – Fecho da Doca, faseamento 3. ......................... 53

Figura 46 - Colocação das geogrelhas, apresentando a primeira geotextil por debaixo da

geogrelha, faseamento 7. ............................................................................................................ 53

Figura 47 - Tarolos ensaiados da coluna 1. ......................................................................... 56





Figura 52 - Desenho esquemático do estaleiro, com as respectivas medições. ................. 61

Figura 53 - Maquina de Furação. ......................................................................................... 61

Figura 54 - Material de furação - vara e trialeta. .................................................................. 61

Figura 55 - Máquina de Jet a iniciar a furação. Fotografia tirada dia 13 de Novembro de

2009. ............................................................................................................................................ 77

Figura 56 - Máquina de Jet a injectar calda de cimento. Fotografia tirada dia 13 de

Novembro de 2009. ..................................................................................................................... 77

Figura 57 - Controlo de parâmetros. .................................................................................... 78

Figura 58 - Maquina de Injecção. ......................................................................................... 78

Figura 59 - Refluxo das colunas de Jet Grouting. ................................................................ 78

Figura 60 - início dos trabalhos no outro lado. Máquinas de Injecção. Fotografia tirada a 4

de Dezembro de 2009. ................................................................................................................ 79

Figura 62 - Injecção de calda de cimento. Fotografia tirada a 10 de Dezembro de 2009. .. 79

xi

Figura 61 - Maquina de Injecção. Fotografia tirada a 4 de Dezembro de 2009. ................. 79

Figura 63- Trabalhos de Terraplanagem, quarta vista à Obra Fotografia tirada a 10 de

Dezembro de 2009. ..................................................................................................................... 79

Figura 64 - Condicionamento das marés na realização da técnica. Fotografia tirada no dia

18 de Dezembro de 2009. ........................................................................................................... 80

Figura 65 - Colocação de terra, melhorando a plataforma de trabalho. Fotografia tirada no

dia 18 de Dezembro de 2009. ..................................................................................................... 80

Figura 66 – Fotografia tirada no dia 27 de Janeiro de 2010. É possível observar o nível do

aterro. .......................................................................................................................................... 80

Figura 67 - Fotografia tirada na sétima visita (dia 9 de Fevereiro de 2010) o nível do aterro

encontrava-se mais elevado em relação à sexta visita à Obra (dia 27 de Janeiro de 2010). .... 80

Figura 69 - Avanço da plataforma de trabalho, sétima visita à Obra. .................................. 81

Figura 68 - Terraplanagens no outro lado do aterro. Fotografia tirada no dia 9 de Fevereiro

de 2010. ....................................................................................................................................... 81

Figura 70 - Maquina de injecção. Fotografia tirada a 9 de Março de 2010. ........................ 82

Figura 71 - Maquina de injecção avariada. Fotografia tirada a 9 de Março de 2010. ......... 82

Figura 72 - Trabalhos de terraplanagens. Fotografia tirada a 9 de Março de 2010. ........... 82

Figura 73 - Trabalhos de terraplanagens. Fotografia tirada a 9 de Março de 2010. ........... 82

Figura 74 - Maquinas de injecção a funcionar e trabalhos de terraplanagem. Fotografia

tirada no dia 20 de Maio de 2010. ............................................................................................... 82

Figura 75 - Vista geral do aterro. Fotografia tirada no dia 20 de Maio de 2010. ................. 82

Figura 76 - Visualização da evolução do aterro, bem como se observa a máquina de Jet

Grouting a realizar o reforço das colunas do fecho da Doca. ..................................................... 83

Figura 77 - Observação geral do aterro. .............................................................................. 83

Figura 78 - Secção transversal tipo da zona do muro cais que terá determinado o

fenómeno ocorrido. A cor laranja simboliza a zona da rotura (Adaptado [21]). .......................... 84

Figura 79 - Localização aproximada das locas e indicação do volume de material de

preenchimento colocado. [21] ..................................................................................................... 85

Figura 80 - Localização aproximada das carotes realizadas para análise da integridade das

colunas. [21] ................................................................................................................................ 85

Figura 81 – Corte tipo da solução de reforço da zona de rotura (Adaptado [21]). .............. 86

Figura 82 - Planta da solução de reforço da zona de rotura (Adaptado [21]). .................... 86

Figura 83 - Corte tipo da solução proposta para o reforço das colunas de Jet Grouting,

(Adaptado [21]). ........................................................................................................................... 87

Figura 84 – Realização do reforço das colunas de Jet Grouting. ........................................ 88

Figura 86 - Planta da solução proposta para o reforço das colunas de Jet Grouting

(Adaptado [21]). ........................................................................................................................... 88

Figura 85 – Equipamento utilizado no reforço das colunas de Jet Grouting. ...................... 88

Figura 87 - Faseamento da técnica de vibrosubstituição - colunas de brita. [1] ................. 89

Figura 88 - Corte e planta de uma coluna de brita. [1] ........................................................ 89

xii

Figura 89 – Comparação do tempo de assentamento entre as técnicas de tratamento de

solos mais utilizadas. [1] ............................................................................................................. 90

Figura 90 – Diagramas de esforços axiais (820,3 KN – máximo) sentidas pelas

microestacas de recalçamento do muro quando sujeitas aos assentamentos provocados pelas

colunas de brita. [24] ................................................................................................................... 90

Figura 91 - Diagramas de deslocamentos (228,6 mm) sentidos pelas microestacas de

recalçamento do muro quando sujeitas aos assentamentos provocados pelas colunas de brita.

[24] ............................................................................................................................................... 90

Figura 92 - Vista de um painel após ensaio de arrancamento e das ferramentas de corte e

mistura. [1] ................................................................................................................................... 91

xiii

Índice de quadros

Quadro 1 - Alguns exemplos de obras onde foi aplicada a técnica de Jet Grouting em

Portugal. ...................................................................................................................................... 13

Quadro 2 - Valores característicos dos parâmetros dos vários sistemas de Jet Grouting. . 18

Quadro 3 - Variação dos diâmetros de colunas de Jet Grouting consoante o tipo de solo e

o sistema de Jet a adoptar. ......................................................................................................... 20

Quadro 4 - Diferentes tipos de instrumentação utilizada em obras geotécnicas em função

dos objectivos pretendidos. ......................................................................................................... 35

Quadro 5 - Parâmetros estimados para as diferentes zonas geotécnicas consideradas. .. 47

Quadro 6 - Diferentes alturas de água a ter em consideração neste tipo de obras

geotécnicas. ................................................................................................................................ 48

Quadro 7 - Parâmetros adoptados em obra (Cais Jardim do Tabaco e Santa Apolónia). .. 54

Quadro 8 – Colunas de ensaio e os vários parâmetros definidos para cada uma. ............. 55

Quadro 9 – Colunas de ensaio e os vários parâmetros definidos para cada uma. ............. 55

Quadro 10 - Resultados dos ensaios. .................................................................................. 55

Quadro 11 - Ensaios de compressão uniaxial de provetes localizados no eixo das colunas

(Modulo de deformabilidade e resistência à rotura). ................................................................... 57

Quadro 12 - Relação entre a tensão de rotura e o tempo dos provetes. ............................ 57

Quadro 13 - Resultados obtidos dos ensaios. ..................................................................... 58

Quadro 14 - Relação entre a tensão de rotura e o tempo dos provetes. ............................ 59

Quadro 15 - Critérios de alerta considerados em projecto. ................................................. 64

Quadro 16 - Critérios de alarme considerados em projecto. ............................................... 64

Quadro 17 – Resultados lidos através do alvo topográfico 1 - deslocamento horizontal.

Foram obtidos resultados desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010. (Ver

evolução dos trabalhos no quadro 19) ........................................................................................ 65

Quadro 18 - Resultados lidos através do alvo topográfico 1 - deslocamentos verticais.

Foram obtidos resultados desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010. ............ 66

Quadro 19 - Resultados lidos através do alvo topográfico 2 - deslocamentos horizontais.




Quadro 21 – Resultados lidos através do alvo topográfico 3 - deslocamentos horizontais.

Foram obtidos resultados desde 2 de Maio de 2010 a 19 de Setembro de 2010. ..................... 69







xiv


Foram obtidos resultados desde 3 de Março de 2010 a 19 de Setembro de 2010. ................... 72

Quadro 26 – Resultados lidos através do alvo topográfico 11 - deslocamentos verticais.






Quadro 29 - Evolução do aterro (perfil segundo a maior direcção do aterro) ao longo das

várias visitas. ............................................................................................................................... 75

xv

Simbologia

a/ c Relação água/calda de cimento;

c´ Coesão efectiva;

C Consumo de cimento;

D0 Diâmetro do Injector;

E Módulo de deformabilidade;

E’ Módulo de deformabilidade para carregamento;

Eenergia Energia despendida;

G Densidade das partículas sólidas;

I Impacto dinâmico;

Q Caudal de calda;

NSPT Resultado do ensaio SPT;

P Pressão de injecção da calda;

Σc Tensão efectiva de compressão;

Σr Tensão de rotura em compressão uniaxial;

Φ’ Ângulo de atrito interno;

Ø Diâmetro das colunas de Jet Grouting;

Ν Coeficiente de Poisson;

Γ

γc

Peso Volúmico;

Peso volúmico da calda;

γw Peso Volúmico da água;

Peso Volúmico húmido;

Vr Velocidade de Rotação;

Vs Velocidade de Subida;

xvii

Abreviaturas

a/c Relação água/cimento;

BMAM Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de

baixa-mares sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a

amplitude da maré é mínima;

BMAV Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de

baixa-mares sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a

amplitude da maré é maior;

BMMin. Altura de água mínima que se prevê que possa ocorrer sob

condições meteorológicas médias;

CCP Chemical Churning Pile;

CPTU Cone Penetration Test – ensaio de penetração;

IST/UTL Instituto Superior Técnico /Universidade Técnica de Lisboa;

NM Nível Médio da altura da água;

PMAM Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de

duas preia-mar sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a

amplitude da maré é mínima;

PMAV Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de

duas preia-mar sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a

amplitude da maré é maior;

PMMax Altura de água máxima que se prevê que possa ocorrer sob

condições meteorológicas médias;

SPT Standard Penetration Test – ensaio de penetração dinâmica

normalizado;

ZG Zona Geotécnica;

1

Capítulo 1 Introdução

1.1 Objectivos

Esta dissertação está inserida no Mestrado de Engenharia Civil no ramo de Geotecnia, do

Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa (IST/UTL) e tem como principal

objectivo melhorar o conhecimento de uma técnica de tratamento de solo com solo-cimento:

Jet Grouting.

A realização desta dissertação, para além de contribuir para o conhecimento, do sistema

de Jet Grouting, de um pouco da história e desenvolvimento da técnica e dos parâmetros que

influenciam o método, também proporcionou o acompanhamento de um caso real de estudo,

de forma a complementar toda a informação recolhida, dando assim, uma visão realista do

procedimento do método e noção prática de relacionamentos entre os vários intervenientes

numa obra.

Adquirir uma visão prática da técnica apenas foi possível com a disponibilidade e apoio da

empresa Somague e da Hagen, que permitiram a observação da reabilitação e reforço do cais

Santa Apolónia e Jardim do Tabaco – 2ª fase, composto pela reabilitação do cais existente,

fecho e aterro da doca de Terreiro do Trigo e infra-estruturas técnicas. Sendo o tratamento de

solos de fundação e o fecho da Doca realizado através da técnica de tratamento de solos – Jet

Grouting.

A autora acompanhou o desenvolvimento da obra de 13 de Novembro de 2009 a 30 de

Setembro de 2010, de modo a melhor compreender a técnica, os meios intervenientes, assim

como a desenvolver sensibilidade para a realidade da Engenharia Civil que corresponde a uma

obra, neste caso na área que escolheu, Geotecnia.

2

1.2 Organização da dissertação

A presente dissertação está dividida em 6 capítulos da seguinte forma:

- Capítulo 1, que inclui uma breve referência aos objectivos do estudo realizado, bem

como uma síntese das várias técnicas de tratamento de solos e explicação da importância da

técnica Jet Grouting. Apresenta-se, também, a definição e evolução histórica da técnica de

tratamento de solos em estudo.

- Capítulos 2, que descreve de forma pormenorizada a realização da técnica e as suas

características, nomeadamente: os sistemas de Jet Grouting, os parâmetros que influenciam o

processo construtivo, o dimensionamento, o processo construtivo da técnica Jet Grouting,

apresentam-se os equipamentos utilizados, bem como controlo de qualidade executado ao

longo do procedimento e por fim vantagens e desvantagens da aplicação da técnica Jet

Grouting.

- Capítulo 3, onde é apresentada toda a informação sobre o caso prático de estudo, com

especial atenção, a descrição, localização, características, condicionantes, soluções propostas,

faseamento construtivo e controlo de qualidade.

- Capítulo 4, que contempla uma análise comparativa entre outras técnicas possíveis de

serem realizadas e a que foi executável no caso prático de estudo.

- Capítulo 5, onde são apresentadas as considerações finais.

Por fim encontram-se as referências bibliográficas consultadas ao longo do

desenvolvimento da dissertação.

3

1.3 Apresentação de técnicas de tratamento de solo

Hoje em dia é cada vez mais frequente recorrer-se a tratamento de solos, uma vez que as

zonas urbanas apresentam uma elevada ocupação do solo e o que ainda se encontra

disponível, deve-se ao facto de apresentarem má qualidade para a construção civil. Assim,

houve necessidade de pensar-se em várias técnicas de tratamento de solos. [1]

Alguns exemplos de técnicas de tratamento de solos existentes são:

Pré-carga;

Valas Drenantes;

Vibrocompactação;

Estacas cravadas;

Compactação “in situ”;

Compactação dinâmica e por explosivos;

Tratamentos Térmicos;

Jet Grouting e Deep Mixing;

Fundações de plataformas de transferência de cargas.

A realização da consolidação com Pré-carga é realizada através do peso incremental do

elemento, como por exemplo aterro, colocado com carácter definitivo ou provisório, na sua

superfície. Trata-se de um método económico, mas tem que ser compatibilizado com o tempo

de consolidação e o plano de trabalhos da obra. Esta técnica tem como objectivo aumentar a

resistência ao corte do solo e diminuir assentamentos secundários.

A aceleração da consolidação também pode ser efectuada através de drenos, de areia, de

cartão e por geodrenos, ver figura 1 e 2. Os drenos de areia são furos no terreno substituídos

por areia de forma a recolher a água havendo assim consolidação do terreno. No que diz

respeito aos drenos de cartão, são feitos furos no terreno e substituídos por cartão permeável,

devidamente tratado para evitar a sua decomposição, ver figura 3,4 e 5. No caso dos

geodrenos são actualmente a técnica de maior utilização e são constituídos por um geotextil

não tecido, protegido por uma capa filtrante que impede a passagem dos finos. Este método

por ser realizado com vácuo ou apenas com drenagem das águas, onde os drenos devem

estar ligados a um sistema de drenagem. [1]

4

Figura 1 - Consolidação sem recurso a geodrenos, o

caminho de drenagem corresponde à espessura vertical da

camada (Adaptado [1]).

Figura 2 - Consolidação com geodrenos, o caminho de

drenagem deixa de ser a espessura da camada vertical e passa

a ser o afastamento entre geodrenos (Adaptado [1]).

Figura 4 - Colocação do Geodreno.

[1]

Figura 5 - Colocação do Geodreno

[1]

O tratamento de solo através de vibrocompactação consiste na introdução de uma agulha

vibratória, até uma dada profundidade (inferior a 35 metros) e na sua retirada, lentamente

transmitindo, por vibração o efeito de compactação do solo. Dentro do método

vibrocompactação existem dois métodos possíveis, vibroflutuação e vibrosubstituição. No

processo de compactação por vibroflutuação recorre-se a jactos de água sobre pressão,

facilitando a entrada da agulha, de seguida esse espaço é substituído com matérial granular,

técnica adoptada em solos arenosos, ver figura 6. Quando se realização a vibrosubstituição o

método é em todo semelhante à vibroflutuação mas os espaços são substituídos por brita,

técnica utilizada, geralmente, em solos coerentes, ver figura 7 e 8. [1]

Figura 3 - Constituição

do Geodreno [1].

5

A colocação de estacas cravadas é também uma técnica muito utilizada no tratamento de

solos, uma vez que as estacas fornecem ao terreno um incremento de capacidade de carga,

ver figura 9 e 10. [1]

A compactação é um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma

forma de energia. A compactação pode dividir-se em compactação dinâmica e compactação

com explosivos. No que diz respeito a compactação dinâmica esta atinge uma profundidade

através da seguinte relação , sendo a profundidade máxima de D= 40 metros e o

número de impactos por m3 de terreno a melhorar deverá ser de 2 a 3, ver figura 11. [1]

Figura 7 - Corte de uma coluna de brita –

vibrosubstituição [1].

Figura 8 - Planta de uma coluna de brita

– vibrosubstituição [1].

Figura 6 -

Vibroflutuação,

colocação de material

granular [1].

Figura 9 - Tratamento de solo por incremento de

capacidade de carga e por confinamento/adensamento

lateral [1].

Figura 10 - Tratamento de solo através da

colocação de estacas cravadas [1].

6

No caso da compactação com explosivos, deverão ser utilizados, dinamite, TNT ou

amonite, as cargas podem variar de 1 a 12 Kilogramas consoante a profundidade que se

pretende atingir, o espaçamento das cargas apresenta um intervalo de 5 a 15 metros e a

profundidade de colocação das cargas depende da espessura da formação, entre ½ a ¾ da

espessura, sendo a profundidade máxima de D=40 metros. [1]

Tratamento térmico de solos tem como objectivo melhorar as características do solo por

variação da sua temperatura. Existem duas alternativas, por aquecimento em solos coerentes,

recorrendo a queimadores de combustível instalados em furos de sondagem, micro-ondas,

laser, entre outros ou por congelamento, recorrendo a azoto líquido, congeladores, entre

outros. Por aquecimento obtém-se os seguintes efeitos, diminuição da plasticidade (irreversível

acima dos 100 ˚C) e melhoramento das características mecânicas (irreversível acima dos 600

˚C), via congelamento, o congelamento da água existente nos poros do solo, melhora as

correspondentes características mecânicas, no entanto este processo é provisório.

O Jet Grouting tem como objectivo a injecção de calda de cimento a elevada pressão,

misturando o terreno com a calda, melhorando assim as suas características mecânicas e

aumentando a impermeabilidade do mesmo.

O deep mixing trata-se de uma técnica de tratamento de solo de fundação por incremento

de capacidade de carga e por confinamento lateral, através de uma mistura mecânica de

ligante com o solo, de uma forma simplificada pode ser considerada como o Jet Grouting mas

mecânico, ver figura 12. [1]

Figura 11 - Caso de aplicação de compactação dinâmica.[1].

7

Figura 12 - Tratamento de solos com Deep Soil Mixing, faseamento. [1]

Por último, as fundações de plataformas de transferência de carga são frequentemente

utilizadas em complemento das estacas cravadas, Geodrenos, vibrosubstituição e Jet

Grouting/Deep Mixing. As plataformas têm o propósito de redistribuir as cargas uniformemente

pelas estacas, colunas de Jet Grouting, paneis de deep mixing entre outros, provocando um

adensamento do terreno entre os vários elementos.

Após a breve descrição das várias técnicas de tratamentos de solo verifica-se que é

possível, a partir de uma boa análise da situação em questão, optar pela técnica que melhor se

adequa, consoante os condicionalismos, o tipo de solo, se apresenta nível freático, condições

de fronteira, entre outros. [1]

8

1.4 Definição e importância da técnica

A técnica de tratamento de solos Jet Grouting consiste no melhoramento das

características geotécnicas dos terrenos, realizado no interior do terreno sem escavação

prévia, através da injecção a altas pressões (de 20 a 40 MPa). A injecção de calda de cimento

é executada através de jactos horizontais, provenientes da transformação de energia potencial

de bombagem da calda em energia cinética, que têm a capacidade de desagregar a estrutura

do terreno natural e assim misturar as partículas do solo com a calda de cimento,

proporcionando um material resultante com melhores características mecânicas e de menor

permeabilidade do que o terreno original. [2]

A técnica é executável em solos com Nspt inferior a 30 e funciona principalmente por atrito

lateral, no entanto quando sujeito a tensões muito baixas funciona também por ponta,

aproximando-se do funcionamento de um pegão (σc inferior a 2 MPa).

A utilização desta técnica tem vindo a desempenhar uma função de grande importância

nas construções de Engenharia Civil em meio urbano, áreas de grande ocupação urbana. A

realização de fundações indirectas, reforço e recalçamento de fundações, a execução de

contenções através de cortinas de colunas de Jet Grouting, a realização de enfilagens em

bolbo contínuo de tampões de fundo de escavações, assim como no desenvolvimento de infra-

estruturas viárias, são alguns exemplos onde a utilização desta técnica de tratamento de solo

tem sido frequente. [3]

É de notar que é uma técnica que não necessita da realização de pré-escavação e pode

ser executada em qualquer tipo de solo, ver figura 13, com diferentes direcções e nos estratos

estritamente necessário, o que significa que em meio urbano, na realização de túneis e de

reabilitação de estruturas apresenta um grande potencial em comparação com outras técnicas

de tratamento de solos, tornando-se assim uma alternativa muito competitiva. [3]

O Jet Grouting deverá ser utilizado nas seguintes condições:

Quando o solo dispõe de uma resistência insuficiente para suportar uma alteração do

respectivo estado de tensões, por incremento (capacidade de carga) ou por alívio (escavação);

Quando o solo é excessivamente permeável, inadequado a impedir indesejáveis

circulações de água subterrânea. [2]

9

Figura 13 Condições e campo de aplicação da técnica de Jet Grouting (Adaptado [2]).

Analisando em pormenor os diversos campos de aplicação das colunas de Jet Grouting

verifica-se que podem ser efectuadas em cortina, ancoragens, enfilagens nos túneis, reforço

estrutural de fundações, entre outras. [2]

A técnica de Jet Grouting, com a função de contenção periférica apresenta, na maioria das

utilizações, o intuito de melhorar o comportamento impermeabilizante. No exemplo das

barragens, as cortinas de Jet Grouting apenas apresentam carácter impermeabilizante.

Quando se pretende realizar uma escavação em meio marítimo é possível verificar as

principais potencialidades desta técnica, impermeabilidade, aumento da resistência mecânica

do solo e a sua realização sem pré-escavar, diminuindo assim as deformações do terreno.

Na estabilidade de taludes é também frequente a realização de cortinas, fazendo as

colunas atravessarem a superfície de deslizamento, aumentando assim a capacidade

resistente por corte. [2]

No que diz respeito aos túneis, a aplicação do Jet Grouting é bastante importante, uma vez

que as enfilagens de Jet Grouting tanto garantem o tratamento de solo, aumentando as suas

propriedades mecânicas, assim como aumenta a impermeabilidade do terreno. Tratando-se de

túneis, garantir estas características torna-se uma mais-valia na sua execução.

O recalçamento estrutural das fundações é em muitas situações efectuado recorrendo à

técnica de Jet Grouting, uma vez que fornece elevadas capacidades mecânicas, em conjunto

com perfis metálicos, por exemplo, quando têm que servir de suporte a uma nova estrutura.

Uma aplicação curiosa é a utilização desta técnica na realização de aterros sanitários, uma

vez que com a capacidade impermeabilizante que apresenta, assim com a não necessidade de

escavação para a sua concretização torna-se uma técnica bastante competitiva neste tipo de

obras.

A técnica Jet Grouting apresenta uma grande versatilidade no melhoramento dos solos,

uma vez que pode ser aplicada num elevado tipo de solos. Pode ser utilizada desde em solos

incoerentes, tais como areias, seixos e cascalho assim como em solos coesivos como é o caso

da argila e das siltes.

Analisando a figura 14 é possível fazer uma comparação, entre as diversas técnicas de

injecção de caldas com a técnica Jet, em função da granulometria dos solos que serão

tratados/reforçados. Assim, verifica-se que a calda de cimento apenas resulta em solos

10

grosseiros e em seixos, a calda de cimento ultrafino aumenta o campo de utilização e

apresenta boas condições nos solos grosseiros, em seixos e ainda em areias até à dimensão

de aproximadamente 0,06 milímetros, no que diz respeito à injecção de caldas químicas estão

limitadas a solos grosseiros, seixos e as areias, por fim analisando a técnica de Jet Grouting

verifica-se que apresenta bons resultados em todos os tipos, solos grosseiros, seixos, areias,

siltes e argilas. [2]

Figura 14 - Aplicabilidade de Jet Grouting em solos versus outros tipos de injecção de caldas (Adaptado

[2]).

Após mencionar o campo de aplicação da técnica, tanto quanto ao tipo solos como ao tipo

de construções, é possível concluir que é uma técnica que se adapta a praticamente qualquer

situação e que desempenha bem as suas funções, tornando-a assim uma técnica em

desenvolvimento e cada vez mais procurada.

De seguida são apresentados na figura 15 os vários campos de aplicação da técnica.

11

Figura 15 -Exemplos de aplicação da técnica Jet Grouting em obras geotécnicas (Adaptado [4]).

a) Cortina impermeabilizante. b) Barreira impermeabilizante, com

inclinação desejada.

c) "Impermeabilizações" de

fundações de barragens ou aterros.

e) Estabilização de taludes.

d) Sub-horizontal no reforço de

escavações de túneis.

f) Reforço e melhoramento de

fundações.

12

1.5 Evolução histórica

A utilização de injecção de calda de cimento começou no Japão, no inicio de anos 70 do

século XX com o aparecimento do processo CCP “Chemical Churning Pile”. A técnica CCP

“Chemical Churning Pile” foi desenvolvida pelo Japonês Nakanishi, em que o processo consiste

em utilizar químicos e cimento injectados a alta pressão (sistema simples), mais tarde Teruo

Yahiro desenvolveu um sistema de três jactos, com o objectivo de cortar o solo, e envolve-lo

com calda de cimento, o sistema apresenta três jactos, umas vez que existem três fluidos

diferentes no processo de Jet Grouting: água, ar e calda de cimento. De seguida outras

variações do Jet Grouting surgiram rapidamente, uma evolução bastante importante da técnica

foi realizada por um grupo de Japoneses “Kajima”, designada por “Jumbo Special Grout”, que

consistia na possibilidade de controlar o material à distância por um processador de Jet. [5]

Após o desenvolvimento da técnica Jet Grouting no Japão, houve uma expansão da

técnica a outros Países como, Itália e no Reino Unido, em 1974. Em 1980 surgiu no Brasil,

Estados Unidos da América, Argentina, Uruguai e Venezuela. Meados dos anos 80, a técnica

começou a ser utilizada em diversos países da Europa, tais como Alemanha e França, entre

outros. [5]

Em Portugal, a técnica foi utilizada pela primeira vez em 1995, na consolidação das

fundações dos pilares da Ponte de Penacova sobre o rio Mondego. A partir desta aplicação, a

técnica tem vim a ser cada vez mais requisitada, em particular em obras subterrâneas,

destacando-se neste âmbito os trabalhos de amplificação da rede do Metropolitano de Lisboa.

No quadro 1 é possível encontrar diferentes campos de aplicação da técnica Jet Grouting.

13

Quadro 1 - Alguns exemplos de obras onde foi aplicada a técnica de Jet Grouting em Portugal.

Objectivo Exemplo de

aplicação Descrição

Diâmetros de

colunas [mm]

Reforço de

Fundações

Edifício em Vila

Franca de Xira.

O terreno de fundação era constituído

pelas formações aluvionares do rio Tejo,

caracterizadas por argilas arenosas e

areias argilosas brandas, as quais

recobrem as formações miocénicas,

constituídas por argilas rijas. O nível

freático situa-se a uma profundidade de

2m. As fundações da estrutura foram

executadas através de colunas de Jet

Grouting (tipo I) Ø500mm, com

comprimento médio de cerca de 12m

(funcionam essencialmente por atrito

lateral). (6)

500

Ponte Santa Luzia –

ilha da Madeira.

A ponte encontra-se fundada nas

formações aluvionares da ribeira de Sta.

Luzia, com espessura variável entre 12 a

24m, as quais recobrem o substrato

rochoso de origem basáltica. O reforço

das fundações de cada um dos pilares

centrais foi efectuado através da

execução de 37 colunas de Jet Grouting

Ø500mm, com comprimento médio de 9m.

(6)

500

IP7-Auto

Estrada Marinha

Grande/Mira, Sub

lanço Louriçal/A14

Ponte sobre o rio

Mondego.

O tratamento dos terrenos da

fundação da Ponte foi realizado ao nível

dos materiais de aterro e argilo arenosos

descomprimidos, correspondentes ao

Jurássico descomprimido, através de

colunas de Jet Grouting de diâmetro

∅1200mm e microestacas. (7)

1200

A1, Sub Lanço

Albergaria/Estarreja-

Viaduto sobre o Rio

Antuã.

Tratamento e reforço das fundações

do Viaduto de forma a permitir o

respectivo alargamento do viaduto, o

tratamento é realizado ao nível dos

materiais de aterro e aluvionares, através

de colunas de Jet Grout de ∅1200mm e

de microestacas. (7)

1200

14

Objectivo Exemplo de

aplicação Descrição

Diâmetros de

colunas [mm]

Contenção Muro Cais do Poço

do Bispo.

A intervenção foi motivada pela

necessidade de proceder a uma

escavação junto ao muro cais o Poço do

Bispo, em Lisboa, para instalação do

filtro de separação entre o aterro e o

enrocamento o prisma de alívio, de

forma a impedir a continuação de fuga

de finos do referido aterro. A intervenção

apresentava uma frente de 950 metros.

Os terrenos contidos são constituídos

por aterros arenosos, com cerca de 16m

de “espessura”, localizados sobre as

formações aluvionares do rio Tejo, as

quais, por sua vez, recobrem o substrato

Miocénico, constituído por argilas rijas. A

contenção foi efectuada através de uma

cortina constituída por duas fiadas de

colunas de Jet Grout Ø1200mm, com

afastamento de 1m, perfazendo uma

inclinação com a vertical de 20º, com a

dupla função de elemento de contenção

de terras e de barreira à fuga de finos.

As colunas da fiada principal apresentam

uma altura de cerca de 6,5m, enquanto

as da fiada de reforço dispõem de cerca

de 3,5 metros. [6]

1200

Impermeabilizações

Sana Torre Vasco

da Gama Royal

Hotel. Contenção

periferia e Tampão

de fundo em

colunas de Jet

Grouting.

Escavação para a construção de 2

pisos enterrados em pleno rio Tejo e

junto à respectiva margem Norte,

recorrendo à tecnologia de contenção

tipo cortina de estacas prancha e de

colunas de Jet Grout ∅1500mm e

∅800mm. O tampão de fundo realizou-se

com colunas de Jet Grout de ∅3000 mm.

[7]

1500 e 3000

Túneis

Prolongamento da

linha vermelha

Alamenda-

S.Sebastião.

Tratamento do terreno da estação

de S.Sebastião com colunas de Jet

Grouting com Ø0.50 metros (em alguns

troços).

500

15

Capítulo 2 Técnica de Jet Grouting em solos

2.1 Generalidades

No capítulo presente apresenta-se uma caracterização da técnica de tratamento de solos

em questão – Jet Grouting.

Esta técnica de tratamento de solos tem apresentado uma evolução significativa nos

últimos anos, em Portugal. Tem sido estudada por diversos autores nacionais, que têm

mostrado as vantagens (versatilidade) da técnica face a outros processos de tratamento de

solo.

A nível internacional esta técnica desenvolve-se há mais tempo, logo já é muito utilizada,

bem como estudada por um vasto número de autores.

No inicio do século XXI foi publicada uma norma europeia, “EN 12 716 – Execution of

Special Geotechnical Works”, onde estão presentes especificações para a realização da

técnica. Segundo a norma, o objectivo da técnica é reforçar a massa do solo “ in situ”. A norma

descreve, também, as informações a obter antes de execução do método, que inclui:

Descrição geotécnica detalhada do solo a melhorar;

Condições hidrogeologicas – posição e variação do nível freático e condutividade

hidráulica do meio;

Avaliação das condições de estruturas e infra-estruturas próximas da intervenção,

de eventuais restrições e acessos;

Deformações admissíveis para o local de execução e obras adjacentes;

Condicionalismos ambientais. [8]

Neste capítulo são ainda definidos os vários sistemas de Jet Grouting utilizados, bem

como a sua aplicação, variáveis que influenciam o processo construtivo, tais como as

características geológicas do solo, parâmetros de execução, entre outros. São também

referidos, o dimensionamento de projecto, os procedimentos de execução, os equipamentos

utilizados, controlo de qualidade e as vantagens e desvantagens.

2.2 Sistemas de Jet

A técnica do Jet Grouting tem evoluído bastante, de forma a adequar-se às diversas

situações que são propostas, sendo assim houve necessidade de desenvolver vários sistemas

de injecção, que são os seguintes:

Sistema de Jet 1 ou simples;

Sistema de Jet 2 ou duplo;

Sistema de Jet 3 ou triplo.

A selecção do tipo de sistema de injecção terá que ser o mais favorável tendo em

consideração as características do terreno, o objectivo da intervenção, o prazo de execução da

16

obra e dos custos associados, podendo assim obter as características desejadas

proporcionando o melhor comportamento da coluna. [9]

No que diz respeito ao sistema simples, este apenas injecta calda de cimento com uma

pressão elevada, ver figura 16, e realiza-se em solos coerentes com 5 <Nspt <10 e em solos

incoerentes de Nspt <20, esta restrição é explicável pela resistência oposta pelos solos de

maior consistência ou mais densos à acção do jacto. Apesar de ser o sistema mais flexível,

mais económico e mais simples, tornou-se limitado no que diz respeito ao diâmetro das

colunas, isto é, houve necessidade de evoluir para outros sistemas, de forma a obter colunas

de maior diâmetro. Geralmente é utilizado na consolidação da abóbada de túneis, na

“impermeabilização” de solos e ancoragens. [9]

Quanto ao sistema duplo apresenta para além do jacto de calda de cimento, um outro jacto

de ar comprimido ou água, ver figura 17, realiza-se em solos coerentes com Nspt <10 e em

solos incoerentes com Nspt <50. É de notar que tal como no sistema de Jet simples, a

desagregação do solo continua a ser resultado da elevada pressão que a calda é injectada,

sendo a envolvente de ar comprimido responsável pelo aumento do alcance do jacto. O

procedimento é semelhante ao sistema de jacto simples, no entanto são utilizadas varas

coaxiais, isto é, na fase de injecção a calda de cimento circula pela vara interior a elevada

pressão e o ar comprimido, gerado por um compressor, passa pelo espaço anelar, tendo como

fronteiras as duas varas. Na saída do bico comum ocorre o envolvimento do jacto de calda por

ar comprimido, aumentando assim o seu alcance. Durante a fase de perfuração a água circula

pelo tubo interior e o ar comprimido é mantido com um reduzido caudal para evitar a ocorrência

de obstruções. É utilizado em estabilização de solos, painéis “impermeabilizantes” e reforço de

fundações. [9]

Por último, o sistema triplo apresenta dois bocais, um deles injecta a calda de cimento e o

outro será o que injecta o ar comprimido e a água, ver figura 18, verifica-se que este método

tem como principio básico a separação das acções de erosão e de preenchimento e/ou mistura

com o solo desagregado. Cada jacto apresenta uma funcionalidade distinta;

Jacto de água: é utilizado para destruir a estrutura do terreno. Parte da água injectada

sai através do furo trazendo algum do solo erodido.

Jacto de ar: o ar é injectado através do mesmo bico de injecção de água envolvendo-a

e aumentando o efeito desagregador daquela. O jacto de ar também provoca a

emulsão da mistura água – solo erodido, reduzindo a sua densidade e facilitando a sua

saída para o exterior.

Jacto de calda: a calda, injectada através de um segundo bico posicionado abaixo do

bico de injecção de água e ar, mistura-se com o terreno que permanece na cavidade

após a passagem do jacto de água e ar, dando origem a um corpo solidificado.

17

Pode realizar-se em solos coerentes de Nspt <15 e em solos incoerentes de Nspt <50 e

utiliza-se geralmente em reforço de fundações/escavações, na diminuição da permeabilidade

dos solos e na estabilização dos solos. [9]

Para todos os sistemas é necessário definir os seguintes parâmetros:

Pressão e Caudal do cimento;

Número e diâmetros dos bicos de injecção;

Relação entre a água e o cimento;

Velocidade de subida e rotação da vara.

No caso do sistema duplo existem mais dois parâmetros que são necessários calcular, a

pressão e caudal do ar comprimido. No sistema triplo, para além de todos os parâmetros

anteriormente mencionados, tem-se que determinar a pressão e o caudal da água, assim como

o número e diâmetros dos bicos de injecção de água. [9]

Em geral, quando se pretende realizar colunas em solos incoerentes com diâmetro inferior

ou igual a um metro executa-se Jet Grouting recorrendo ao sistema do tipo I, para diâmetros

entre um metro e dois metros utiliza-se sistema do tipo II, por último a partir dos dois metros de

diâmetro usa-se o sistema do tipo III, ver figura 19. [9]

Figura 19 - Sistemas de Jet em função de Nspt do solo, em solo incoerentes (Adaptado [2]).

Figura 16 - Sistema

de Jet tipo I (Adaptada

[12])).

Figura 17 - Sistema de Jet

tipo II (Adaptada [12]).

.

Figura 18 - Sistema de Jet

tipo III. (Adaptada [12]).

18

Tendo em consideração os vários sistemas existentes, é de fácil compreensão que quanto

maior for o diâmetro a obter maior pressão tem que ser aplicar ao solo. Assim, concluiu-se que

o sistema do tipo III obtém maiores diâmetros, uma vez que o terreno é desagregado devido à

pressão com que o cimento é projectado, à pressão de ar comprimido e da água,

desagregando maior quantidade de terreno aumentando, também, o diâmetro das colunas.

Com o Jet tipo I, como o solo apenas sofre a pressão do cimento não tem um alcance tão

elevado, concretizando colunas de menor diâmetro.

No quadro 2 estão representados os valores característicos para os diferentes parâmetros

que variam dependo do sistema: [2]

Quadro 2 - Valores característicos dos parâmetros dos vários sistemas de Jet Grouting.

Sistema simples Sistema duplo Sistema triplo

Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo

Pressão de injecção da

calda (MPa) 20 60 30 60 3 7

Fluxo de calda (l/min) 40 120 70 150 70 150

Pressão de injecção de ar

(MPa) - - 0.6 1.2 0.6 1.2

Fluxo de ar (l/min) - - 2000 6000 2000 6000

Pressão de injecção de

água (MPa) - - - - 20 50

Fluxo de água (l/min) - - - - 70 150

Diâmetro do

bocal

Injecção de

calda (mm) 1.5 3 1.5 3 4 8

Injecção de

água (mm) - - 1 2 1 2

Injecção de ar

(mm) - - - - 1.5 3

Velocidade de rotação (rpm) 10 25 5 10 5 10

Velocidade de subida (rpm) 10 50 7 30 5 30

19

2.3 Parâmetros do Jet Grouting

Na realização de colunas de Jet Grouting existem vários factores que influenciam os seus

resultados, nomeadamente as características geotécnicas do solo a tratar, os parâmetros de

execução e geometrias possíveis. De seguida serão apresentados alguns dos aspectos

condicionantes.

2.3.1 Características geotécnicas do terreno

Para melhor adaptar a técnica ao terreno é necessário realizar uma análise geotécnica, de

forma a determinar as condições do solo. Sendo assim, possível através dessa informação

adoptar o sistema de Jet mais adequado ao tipo de solo. As características essenciais a retirar

dessa análise são, a granulometria, densidade, teor em água, coesão e ângulo de atrito de

solo, uma vez que é através desses factores que são definidos o sistema e o processo

construtivo. O conhecimento destas características, apenas, é possível através de ensaios de

campo e de laboratório. [10]

Os ensaios realizados em laboratório são essencialmente de granulometria e limites de

consistência. A granulometria e limites de consistência do material têm, como se verificará em

seguida, relevância na escolha do sistema de Jet a utilizar, uma vez que estes ensaios

permitem identificar o tipo de solo em questão, isto é, se são areias, siltes ou argilas (diferentes

granulometrias) seleccionando-se assim o método mais indicado. [11]

Verifica-se que quanto maior for a granulometria do solo maiores serão os diâmetros

obtidos, tal como é possível observar pela figura 21. Os solos que apresentam maior

quantidade de finos – argilas e siltes, resultam menor diâmetros de colunas, uma vez que estes

apresentam maior plasticidade e consequentemente maior consistência e coesão, aumentando

assim a dificuldade de desagregar os grãos e de aglutinar o cimento aos mesmos, provocando

a aplicação de maiores pressões na injecção da calda de cimento, (figura 20). No entanto

acontece o oposto com os terrenos mais grosseiros – areias e seixos, uma vez que estes

apresentam coesão quase nula, facilitando assim a sua desagregação. [11]

Figura 20 - Diâmetro da coluna [mm] em função do tipo de solo (Adaptada [11]).

20

No quadro 3 é possível verificar-se a relação entre a garnulometria e os diâmetros.

Quadro 3 - Variação dos diâmetros de colunas de Jet Grouting consoante o tipo de solo e o sistema de

Jet a adoptar.

Diâmetros de Colunas de Jet [m]

Sistema simples Sistema Duplo Sistema Triplo

Areia densa 1.6 2.1 3.0

Areia silto argilosa 1.1 1.4 1.8

Areia grosseira 1.4 1.6 2.8

Silte/Argila dura 1.0 1.3 1.6

Figura 21 - Erodibilidade do material (Adaptado de [12]).

Para além da análise da granulometria, de limites de consistência e ensaios de laboratório,

é essencial realizar ensaios de caracterização mecânica in situ, de forma a avaliar a resistência

do solo adequando, assim, o melhor sistema a cada situação. Estes ensaios são

complementares das sondagens executadas e da amostragem convencional utilizada, para

obter o maior número possível de informação sobre o terreno.

Nos ensaios realizados em campo destacam-se os de SPT (compacidade de solos

incoerentes) e de CPT. No entanto o ensaio SPT (Standard Penetration Test) é o ensaio mais

utilizado no que diz respeito a avaliar a resistência à penetração dinâmica do solo. Com os

valores do ensaio SPT e através de correlações é possível obter os ângulos de atrito (nas

areias), coesão, resistência ao corte (argilas), módulo de deformabilidade e compacidade

relativa. Através dos resultados de um ensaio SPT e dos resultados dos ensaios em

laboratórios referidos anteriormente é possível optar pelo sistema de Jet Grouting que melhor

se adequa à situação, na figura 22 apresentam-se as relações de diâmetro da coluna com o

valor do ensaio SPT, segundo a opinião de Miki & Nakanishi e Tomaghi. [11]

21

Figura 22 - Diâmetro da coluna [mm] em função de Nspt (Adaptada [11].

É de notar que as características iniciais do terreno são um aspecto de elevada

importância, uma vez que a partir desta técnica não resulta a substituição total do solo, mas

sim, uma mistura da substância aglutinante com o terreno. Desta forma o resultado final da

coluna depende apenas das características iniciais do solo, da percentagem de substituição

ocorrida e da uniformidade de execução do tratamento em profundidade. [9]

2.3.2 Parâmetros de execução do Jet

Quando se pretende realizar Jet Grouting numa obra é necessário definir um conjunto de

parâmetros no projecto de dimensionamento, tais como: velocidade de subida e rotação da

vara, pressão, injecção de calda, caudal injectado, diâmetro e número de injectores e relação

água/cimento (a/c).

Velocidade de rotação da vara

A velocidade de rotação da vara é o número mínimo de rotações num determinado tempo

e em cada passo de injecção, sendo em geral duas por passo por bico de injecção. A

velocidade de rotação da vara é dada pela equação [1]: [9]

Vr – [rpm];

Vs – [m/min].

Velocidade de subida

A velocidade de subida da vara depende do tipo solo, em solo incoerentes o jacto tende a

dispersar-se desagregando as partículas numa área de influência superior, em solo coesivos o

jacto tende a concentrar-se devendo, assim, optar-se por reduzir o passo, de forma a evitar que

porções de argilas permaneçam ligadas. Geralmente adopta-se passo da ordem dos 4

22

centímetros em solos argilosos (em 19 segundos) e da ordem de 8 centímetros (em 19

segundo) para solos arenosos, isto é, a velocidade de subida da vara é o tempo que a vara

demora a subir um determina espaço. A velocidade de subida é determinada através da

expressão [2]: [9]

Sendo,

Vs - [m/min];

Q - [m3/min];

- [Kg/m3];

C - [Kg/m];

Composição da calda

Tendo em consideração que a injecção de calda no terreno provoca alterações no solo,

uma vez que o tipo de cimento, as relações água/cimento (a/c) e adição de adjuvantes alteram

a viscosidade e consistência do mesmo, é de elevada importância a composição das caldas de

cimento no resultado final de qualquer tratamento de terrenos. Na constituição da calda de

cimento podem existir diferentes relações água/cimento, há que referir que uma das causas

possíveis para a instabilidade das caldas é a menor concentração de cimento face a da água.

Assim, é possível verificar que quanto menor a quantidade de cimento menor será a

viscosidade do terreno, isto é, a consistência da calda será menor quando a/c for maior. Por

exemplo, quando a relação a/c é inferior a 0,4, a consistência da calda é reduzida; por outro

lado, se a relação a/c for superior a 0,6 a viscosidade do material será aceitável

A equação do consumo de cimento é deduzida através da equação [3], colocando a

expressão [3] em função da composição da calda. [9]

Pressão do fluido aglutinante

A pressão (P) que se aplica ao fluido aglutinante na técnica de Jet Grouting é fundamental,

uma vez que apresenta um efeito essencial no corte e erosão do solo. É de notar que a

pressão é o factor determinante no diâmetro da coluna, isto é, o raio de influência da calda é

condicionado pela pressão que se impõe. Como referido anteriormente, os solos finos

apresentam uma maior coesão, logo um índice de vazios menor, o jacto de calda não penetra

com tanta facilidade quando comparado com solos com maior porosidade, como por exemplo

as areias e seixos. Assim, a pressão a aplicar varia consoante a coesão do solo, isto é, quanto

maior a coesão maior terá de ser a pressão a aplicar de forma a desagregar de uma melhor

forma o terreno. A pressão define-se através da equação [3]: [9]

23

Sendo,

P - [MPa];

Q - [m3/min];

- [Kg/m3];

C - [Kg/m];

Deduzindo através da equação [3] é possível obter um factor relevante na execução da

técnica, o impacto dinâmico, este factor intervém no mecanismo físico do jacto sendo expresso

pela equação [4]: [9]

Sendo,

D0 - [m];

P - [MPa].

Caudal

O caudal injectado (Q) no furo depende essencialmente do sistema de Jet utilizado. Deduz

a partir da equação [2] da seguinte forma: [9]

Sendo,

Q - [m3/min.];

Vs - [m/min.];

C - [Kg/m];

- [Kg/m3].

Número de injectores

Novamente o número de injectores depende do tipo de sistema de Jet utilizado. Os

diâmetros dos injectores apresentam dimensões muito reduzidas (aproximadamente 2 a 4

milímetros), mostrando desta forma a reduzida zona de acções por corte/erosão do solo.

Tendo em consideração todos os aspectos mencionados anteriormente, verifica-se que

com o aumento da resistência do solo advém um acréscimo de energia necessária para a sua

desintegração, sendo assim a energia despendida depende da pressão que a calda é

injectada, do caudal de calda e da velocidade de subida da vara, ver equação [6]. No entanto, a

dimensão das colunas de Jet é determinada pela velocidade de rotação e de subida da vara.

A energia despendida na desagregação do terreno (E) é um dos elementos que intervém

no mecanismo físico do jacto, ver equação [6]. [9]

24

Sendo,

Eenergia - [MJ/m];

Q - [m3/min.];

Vs - [m/min.];

P - [MPa].

O peso específico da calda é obtido em função dos pesos específicos do cimento e da

água e da relação água/cimento da calda, traduzido pela seguinte fórmula: [9]

Sendo,

γcalda - [Kg/m3];

γw - [Kg/m3].

2.3.3 Geometrias

A técnica Jet Grouting tem a particularidade de poder ser aplicável em praticamente

qualquer situação, uma vez que não é necessária escavação para a sua execução e os

equipamentos apresentam uma dimensão relativamente pequena, quando comparados com

outros equipamentos da Engenharia Civil. A técnica pode ser aplicada em inúmeras situações,

no que diz respeito às geometrias existem várias hipóteses possíveis consoante o objectivo

final (figura 23), tais como:

Colunas circulares;

Colunas semi-circulares;

Colunas de sector circular;

Painéis simples;

Solução mista de painéis e colunas.

25

Figura 23 - Várias geometrias possíveis de serem executar em colunas de Jet Grouting (Adaptado [2]).

Na figura 24 é possível observar as várias conjugações de geometrias consoante o que melhor

se adequar à situação.

A geometria depende, apenas, de como é realizada a subida da vara, ou seja, depende

das velocidades de rotação e de subida. No caso de a vara subir em rotação de 360˚ obtêm-se

colunas, e assim sucessivamente. No que diz respeito a execução de painéis, não há rotação

da vara durante a execução. Geralmente, as geometrias em colunas são utilizadas em reforço

de fundações, estabilização de taludes, em túneis, e quando se pertence impermeabilizar

alguma zona é frequente realizar-se cortinas de colunas secantes. Nos casos de contenção, ou

impermeabilização é, ainda, frequente utilizar-se a geometria de painéis. [13]

Há que referir que quando se pretende colocar colunas de Jet Grouting circulares com o

intuito de impermeabilizar alguma superfície, devem ter-se algumas preocupações de

sobreposição, uma vez que as colunas têm que ser estanques. Na figura 25 é possível

observar o efeito de sobreposição desejado. [2]

Figura 24 - Conjugações das várias geometrias ([2]).

26

Figura 25 - "Efeito sombra" (sobreposição) necessário na realização de tampões de fundo (Adaptado [2]).

2.4 Dimensionamento do projecto

No que diz respeito ao dimensionamento de um projecto de tratamento de solos com Jet

Grouting existem, ainda, algumas dificuldades, uma vez que é uma técnica que depende de

várias condicionantes, das características do terreno inicial e dos parâmetros da técnica em si.

Para além destes aspectos a técnica é relativamente recente, o que faz com que não existam

tantos estudos quando comparada com outras técnicas de tratamento de solos.

Tendo em consideração o que foi referido anteriormente entende-se que para fazer o

dimensionamento do projecto é necessário realizar um programa de prospecções bem

concebido, deve-se aferir o perfil geológico e geotécnico permitindo, deste modo caracterizar

física e mecanicamente o solo. De forma a avaliar os parâmetros geotécnicos necessários,

realizam-se, geralmente, ensaios SPT, CPT e ensaios Lefranc (determinação da

permeabilidade do solo) e ensaios geofísicos. [2]

No dimensionamento deve ter-se em consideração um possível empolamento e

assentamento do solo e de estruturas envolventes, portanto para que haja controlo sobre essas

situações é necessário implementar um plano de observação e de instrumentação, onde

possam ser registados todos os movimentos, superficiais e do subsolo.

Em projecto também tem que ser definido o procedimento executivo a adoptar, que por

sua vez é sempre confirmado na fase de construção através da realização de colunas teste

assim como a composição final da calda. [2]

Como foi referido anteriormente é difícil ter conhecimento absoluto das características do

resultado final, assim as colunas teste possibilitam avaliar esses aspectos e verificar se o

dimensionamento empírico de projecto está apropriado. Após a realização da coluna, escava-

se, de forma a inspeccionar visualmente a geometria, sendo posteriormente recolhidas

amostras (provetes cilíndricos) para realizar-se ensaios de laboratório, como por exemplo

ensaios à compressão uniaxial, ver figuras 26 e 27. Para além da coluna teste é, ainda,

avaliado o posicionamento e a verticalidade do furo. [2]

27

O controlo de qualidade a executar em obra é um factor de elevada relevância que é

necessário definir em projecto, uma vez que na realização da técnica Jet Grouting é difícil

garantir que os parâmetros descritos no projecto correspondam aos obtidos em obra. Esta

situação deve-se ao facto de a coluna ser constituída por solo e argamassa, não permitindo,

assim, ter certezas da sua constituição. [2]

Figura 27 - Controlo de Qualidade, recolha de carotes [2]. Figura 26 - Controlo de qualidade,

observação do estado da coluna [2].

28

2.5 Processo executivo da técnica de Jet Grouting

Na escolha do processo construtivo da técnica Jet Grouting devem ser tidos em

consideração as condições de execução, uma vez que é importante avaliar as condições do

local, a profundidade do solo a melhorar, as condições de remoção do refluxo de Jet, a posição

do nível freático, entre outros. O diâmetro das colunas de Jet ou a largura dos painéis, também

são elementos fundamentais quando se define o processo construtivo. Assim como, o volume

de trabalho e o faseamento construtivo, uma vez que influencia o prazo de execução.

Como foi mencionado no capítulo 1, a técnica Jet Grouting tem como intuito desagregar o

solo original e misturar com calda de cimento, melhorando assim as qualidades do solo. [14]

Este processo físico traduz-se essencialmente em três etapas distintas:

Corte: A estrutura inicial do solo é desagregada e as partículas de solo ou fragmentos

do solo são dispersos pela acção de um ou mais jactos 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 injectada a partir dos

bicos de injecção;

Cimentação: As partículas ou fragmentos de solo são aglutinados entre si pela acção

auto – endurecedora da calda, formando um corpo consolidado.

No entanto o processo construtivo inicia-se na furação, de seguida efectua-se a injecção

da calda, que irá apresentar as três etapas referidas anteriormente e por fim faz-se a selagem

da coluna. Em cada fase do processo construtivo é necessário seguir determinados

procedimentos. [9]

A furação inicia-se com colocação da sonda em posição nivelada com o eixo da vara

coincidente com o eixo da coluna, considerando que pretende-se obter um elemento cilíndrico.

De seguida, coloca-se a vara no terreno com o auxílio de um movimento rotacional e de um

jacto de água vertical, até atingir-se o limite inferior do tratamento. Concluída a furação, obtura-

se a saída de água inferior através de uma válvula. [9]

No seguimento, inicia-se a injecção de calda que difere dependendo do tipo de geometria

pretendida. No caso de pretender-se um elemento cilíndrico, imprime-se à vara um movimento

rotacional e começa-se a bombagem de calda no seu interior, ao mesmo tempo que sobe a

vara a velocidade constante, para que cada período de tempo corresponda a uma ascensão da

vara de um comprimento fixo (passo vertical). Finalizada a realização da coluna retira-se a vara

do furo e preenche-se o mesmo com calda por gravidade até seu topo. Quando se pretende

efectuar um corpo de geometria plana (painel) o processo é em todo semelhante. No entanto a

ascensão da vara é realizada sem o movimento rotacional. Na figura 28 observa-se um

esquema do faseamento construtivo da tecnica Jet Grouting. [9]

Por fim, o processo construtivo acaba a selagem da coluna.

29

2.6 Equipamentos

Os equipamentos para a realização da técnica Jet Grouting são adoptados tendo em

consideração o solo em questão, uma vez que, apenas, depois das características do terreno

definidas é que se escolhe o tipo de Jet, os diâmetros dos bicos, o tipo de calda de cimento e o

diâmetro das colunas.

Os equipamentos utilizados na aplicação da técnica são, o silo de cimento, central

misturadora, bomba de injecção, compressor (Jet 2 e Jet 3) e máquina de furação e injecção.

Na figura 29 apresenta-se o estaleiro para a realização da técnica de tratamento de solo em

questão. [2]

Figura 29 - Estaleiro necessário à realização da técnica Jet Grouting (Adaptado [2]).

Figura 28 - Faseamento da técnica Jet Grouting (Adaptado [12]).

30

Geralmente, estes equipamentos são montados no estaleiro da obra, o mais próximo

possível do local em causa, de forma a evitar custos adicionais de transporte de materiais e da

calda de cimento para a obra.

Há que referir que para além do equipamento mencionado anteriormente existem também

as varas de furação, as trialetas/tricone ou injectores para a perfuração inicial.

Silo de cimento

O silo deverá estar sempre com cimento, para que em qualquer altura que se inicie o

processo construtivo esteja todo preparado.

Figura 30 - Silo de cimento (Estaleiro Jardim do Tabaco).

Central Misturadora

O processo da mistura começa com a colocação de água no misturador, de seguida

efectua-se a descarga de cimento, providentes do silo, ver figura 30. Após a água e o cimento,

junta-se os aditivos. A calda da injecção é preparada no conjunto misturador-agitador,

permitindo uma produção de calda constante evitando assim que haja interrupções no

processo de injecção, ver figura 31.

Após a produção da calda, esta é bombeada até a máquina de injecção, de forma a

executar-se a técnica.

31

Figura 31 - Central misturadora e bomba da argamassa (Estaleiro Jardim do Tabaco).

Bomba

A bomba tem como função encaminhar a calda de cimento através de tubos até à máquina

de injecção, sendo assim deverá ser de alta pressão.

Máquina de perfuração e injecção

A máquina de perfuração e injecção pode apresentar ou não monitor computorizado que

regista todas as etapas de execução. Deverá apresentar capacidade de furação até a

profundidade pretendida. Na figura 32 é possível observar um esquema das máquinas de

injecção/furação. [2]

Tendo em consideração a localização do trabalho a realizar adopta-se o equipamento, ou

seja, se for necessário efectuar Jet Grouting em interiores é possível, mas o equipamento tem

que ser compatível. Para exteriores o problema do equipamento não é tão relevante, uma vez

que não tem restrições de dimensões, tal como pode verificar-se pela figura 33.

Figura 32 - Esquema de uma Maquina

de Injecção [2].

Figura 33 - Maquina de Injecção - Jet

Grouting, Jardim do Tabaco.

32

2.7 Controlo de Qualidade

Tal como foi referido anteriormente, o que complica a integração da técnica Jet Grouting

em estudos de projecto, deve-se à dificuldade de ter conhecimento, com precisão, das

características do terreno tratado, quer em termos de resistência à compressão e

deformabilidade, assim como a resistência ao corte. No que diz respeito, à permeabilidade,

também não é possível ter conhecimento preciso do seu valor depois do tratamento. [15]

Assim, há necessidade de efectuar um controlo de qualidade, de forma a validar os

parâmetros considerados no dimensionamento do projecto, bem como certificar que a técnica é

bem efectuada evitando uma execução deficiente. [16]

Com o objectivo de comparar valores do terreno inicial com o terreno final, efectuam-se

ensaios de campo. Como foi mencionado, anteriormente, a realização de colunas teste tem

como intuito analisar visualmente a coluna e recolher amostras para laboratório. Sendo assim

possível verificar os parâmetros de resistência, deformabilidade ou permeabilidade definidos

em projecto. [17]

O controlo de execução da técnica é efectuado através dos registos automáticos dos

parâmetros de injecção, ver figura 34. No entanto nem todos os equipamentos apresentam

esse equipamento, nessa situação a experiencia do técnico é de elevada relevância.

Figura 34 - Controlo dos parâmetros de execução da técnica Jet Grouting, registos automáticos [2].

33

Através do software instalado no equipamento é possível observar os seguintes

parâmetros: [9]

Velocidade de furação;

Pressão de furação;

Profundidade de furação;

Quantidade de cimento consumida;

Pressão de injecção;

Passo;

Velocidade de subida da vara.

Tal como foi mencionado no subcapítulo 2.5 deve ser realizado um controlo rigoroso no

decorrer dos trabalhos de Jet Grouting.

Na furação há necessidade de colocar a sonda em posição nivelada, com o eixo da vara,

que por sua vez tem que estar coincidente com o eixo da coluna, considerando que se

pretende um elemento cilíndrico. A inclinação do furo é outro factor a ter em consideração no

controlo de qualidade, é necessário verificar se está como definido em projecto. A profundidade

do furo deverá estar de acordo com o projecto, no entanto verifica-se que em alguns casos há

alterações, uma vez que in situ verifica-se que a velocidade de furação é muito reduzida,

mostrando que é um solo suficientemente resistente para encastrar. [9]

No que diz respeito à pressão da injecção da calda, o controlo de qualidade é realizado

através de dois manómetros, um situado na bomba de injecção e o outro no fim da linha,

próximo da cabeça de injecção, tornando assim possível a determinação da perda de carga ao

longo dos tubos. Assim, é necessário impor maior pressão na base, de forma a obter a pressão

desejada no local da injecção. [9]

O caudal injectado é outro parâmetro sujeito a controlo de qualidade, uma vez que se

pretende manter sempre o mesmo consumo por metro, o controlo é realizado através de um

medidor de caudal. [9]

Quanto à velocidade de subida e rotação da vara é controlada através de um cronómetro e

deverá ser a velocidade definida nas colunas teste.

Por fim, a calda de cimento também é analisada através do peso volúmico e de ensaios de

viscosidade e resistência.

Há que referir que o refluxo é um dos factores que nos permite fazer controlo de qualidade

durante a execução. A observação do refluxo fornece informações importantes sobre a

realização da técnica, uma vez que no caso de não existir refluxo significa que pode indicar a

formação de bolas em vez de colunas de Jet. O refluxo deverá apresentar uma forma espessa

e com solo, demonstrando assim que a mistura solo-cimento está a ocorrer de forma desejada.

[2]

Após a realização a técnica de tratamento de solos, são realizados ensaios in situ,

designadamente SPT ou CPT com o intuito de avaliar os parâmetros definidos para a execução

de melhoramento, como por exemplo o diâmetro da coluna, resistência à compressão uniaxial,

resistência ao corte, permeabilidade e deformabilidade. Os ensaios em laboratório, ensaios de

34

caracterização física, são efectuados de forma a determinar o peso volúmico e o teor em água

natural, entre outros do solo tratado.

Tendo em consideração que a dificuldade de obter um solo com boas características de

resistência à compressão uniaxial, de resistência ao corte de deformabilidade e ainda de

permeabilidade, deve-se ao facto de a substituição do solo pelo cimento não ser total, o que faz

com que, comparando o resultado final do tratamento de solo com o do betão, este seja díspar.

Na figura 35 verifica-se essa situação, o betão apresenta uma resistência à compressão mais

elevada do que a técnica de Jet Grouting, para a mesma quantidade de cimento. [2]

Figura 35 - Resistência à compressão [MPa] em função da dosagem de cimento [Kg/m3], valores que dizem

respeito aos 28 dias. Comparação da resistência à compressão com a técnica Jet Grouting em vários tipos de

solo com a resistência à compressão do betão (Adaptado [2]).

Ao observar a figura 35 verifica-se, ainda, que em solos arenosos a técnica apresenta

valores relativamente favoráveis comparando com os resultados de resistência à compressão

uniaxial do betão, considerando a mesma dosagem de cimento. No que diz respeito, a solos

argilosos, siltosos e solo orgânico ao comprar, novamente, com os valores do betão, conclui-se

que a técnica não apresenta valores de compressão uniaxial significativos. O que leva a

concluir que a técnica deve ser utilizada em solos arenosos. No entanto, também, melhora a

qualidade dos outros solos, o que se verifica é que não apresenta resultados tão eficazes.

Na figura 36 constata-se que a partir de trinta dias de cura a resistência uniaxial mantém-

se constante. Tal como na figura 35, apresentam-se valores de compressão uniaxial mais

elevados nas areias, de seguida estão os siltes e com resistência à compressão uniaxial

inferior encontra-se a argila e siltes orgânicos. [2]

Resistência à

compressão aos 28

Dias.

35

Figura 36 - Resistência à compressão [MPa] em função do Tempo [Dias] (Adaptado [2]).

Com o objectivo de controlar deslocamentos em estruturas adjacentes, devido às elevadas

pressões aplicadas durante a injecção da calda, deve-se colocar instrumentação monitorizada

permitindo, assim analisar se existiram, por exemplo, assentamentos devido à criação de um

volume elevado de material fluidificado com reduzida resistência temporária ao carregamento

ou quaisquer tipos de deslocamentos. [2]

Na seguinte tabela é possível observar os diferentes tipos de instrumentação e a sua

função.

Quadro 4 - Diferentes tipos de instrumentação utilizada em obras geotécnicas em função dos objectivos

pretendidos.

Instrumento Alvos

Topográficos

Marcas

Topográficas Réguas Inclinómetros

Objectivo Determina deslocamentos na vertical e

na horizontal.

Controlo dos

deslocamentos das

estruturas vizinhas.

Monitorização de

movimentos

internos,

horizontais e

verticais do terreno

Local de

aplicação

Fachadas de prédios, viadutos, pontes,

entre outros.

Fachadas de prédios,

viadutos, pontes,

entre outros.

Próximo do local a

intervir.

Por fim, é necessário controlar os custos durante todo o procedimento do tratamento de

solos, que está directamente associado com todos os aspectos de controlo de qualidade

referidos anteriormente. O controlo do consumo de cimento e dos parâmetros é essencial para

Betão

36

que não haja gastos desnecessários. No que diz respeito ao consumo de cimento, caso seja

realizado um controlo ineficaz do caudal pode levar a consumos exagerados de cimento.

Quanto aos parâmetros, caso não sejam controlados com rigor pode provocar resultados do

Jet Grouting inaceitáveis, levando à repetição do tratamento.

2.8 Vantagens e Desvantagens de aplicação da técnica

Tendo em consideração o desenvolvimento constante da técnica de tratamento de solos,

existem muitas vantagens associadas quando comparada com soluções tradicionais assim

como alguns inconvenientes.

Quanto às vantagens, devem ser salientadas a versatilidade da técnica, uma vez que pode

ser aplicada a um conjunto alargado de tipo de solos, não sendo condicionada pela

permeabilidade do solo em questão, assim como o rendimento, quando comparando com

soluções tradicionais, é maior.

A técnica de Jet Grouting apresenta uma aplicabilidade muito vasta, uma vez que pode

utilizar-se em locais de reduzido espaço, como por exemplo escavações, túneis ou caves,

assim como em locais de acessibilidade difícil. As máquinas de Jet podem ser pequenas e não

muito pesadas, o que facilita a sua deslocação. [2]

Outro aspecto bastante importante, quando se pretende construir em zonas urbanas, são o

ruído e as vibrações, o Jet Grouting veio melhorar estes efeitos, provocando ruído e vibrações

reduzidas. [2]

Em muitas situações o nível freático é um problema que condiciona a utilização de muitas

técnicas, para a técnica Jet Grouting esse aspecto não é condicionante, pelo contrário é

utilizado em muitas situações para baixar a permeabilidade do local de trabalho. No entanto é

necessário ter em consideração as velocidades de percolação da calda de cimento antes de

ganhar presa. [2]

Figura 37 - Relação entre o custo de realizar uma coluna com o diâmetro da coluna [m] de Jet Grouting

(Adaptado [2]).

37

Para além das situações mencionadas anteriormente, outra vantagem da técnica é a

possibilidade de realizar Jet Grouting até grandes profundidades. No entanto há que referir que

o custo aumenta com a profundidade. Na figura 37 é possível observar quanto maior o

diâmetro da coluna, maior será o custo/ml. O custo/m3 de coluna diminui quanto maior for o

diâmetro até um determinado diâmetro, depois mantém-se constante. Quanto maior for o

diâmetro, maior rentabilidade tem o processo. O mesmo acontece no custo/m3 de tampão de

fundo, quanto maior o diâmetro, não é necessário efectuar tantas furações a rentabilidade do

processo aumenta, diminuindo assim o custo. Quanto ao custo/m2 de cortina a partir de um

metro de diâmetro de coluna o custo/m2 aumenta. A partir desse valor de diâmetro começa-se

a ter muita área de coluna (cimento) sem qualquer função resistente, isto é, pensando numa

cortina de colunas de Jet Grouting em consola, apenas uma extremidade da coluna está a

resistir a esforços, a outra não apresenta qualquer função resistente, logo quanto maior o

diâmetro mais área de coluna e desperdiçada, aumentando assim o custo/m2. [2]

No que diz respeito as desvantagens, devem ser destacadas a reduzida capacidade de

tracção, assim como o controlo de qualidade de execução da técnica, que deverá ser bastante

rigoroso, de forma a obter-se um elemento em Jet Grouting com as características definidas em

projecto. O risco de levantamento do terreno, o risco de assentamento do terreno e a

agressividade química do terreno são as principais condicionantes da técnica que deverão ser

evitados através de um controlo de qualidade rigoroso. [2]

Para evitar o risco de levantamento do terreno deve-se assegurar a continuidade do

regime hidráulico de livre saída do refluxo, devem existir furos de alívio e deve-se dar

importância à instrumentação e à observação.

O risco de assentamento pode ser evitado com uma adequada sequência de execução e

através de uma instrumentação e observação.

A agressividade química do terreno é controlada seleccionando o tipo e dosagem de

cimento adequado. [2]

O custo da técnica também poderá ser uma desvantagem. Assim é necessário ter em

consideração o custo de Jet Grouting em função do diâmetro das colunas e em profundidade.

39

Capítulo 3 Caso de estudo – Aterro da Doca do Jardim do

Tabaco

3.1 Descrição do Cenário Base e Enquadramento Geral

Com a ocupação da superfície que tem vindo a acentuar-se nos últimos anos, foi

necessário aproveitar melhorar as zonas subterrâneas e margens de rios.

Estas áreas não são as únicas em desenvolvimento, há também necessidade de melhorar

acessos marítimos e aéreos, onde a aplicação da técnica de Jet Grouting apresenta muitas

vantagens.

A reabilitação e reforço do cais de Santa Apolónia e Jardim do Tabaco é o exemplo de

como é necessário desenvolver e melhorar os acessos marítimos. Este projecto tem como

objectivo a promoção de um conceito friendly que tenha em consideração os aspectos,

conforto, acessibilidade, flexibilidade e rapidez nos serviços prestados aos passageiros.

O projecto está dividido em três fases, a primeira já está finalizada (em Fevereiro 2009), a

segunda está em execução e a terceira deveria iniciar-se em Junho de 2010. Na figura 38

observa-se o projecto arquitectónico para o local em estudo. [18]

A reabilitação e reforço do cais Santa Apolónia e Jardim do Tabaco-2ªfase, é composto

pela reabilitação do cais existente, fecho e aterro da Doca de Terreiro do Trigo e infra-

estruturas técnicas. [19]

Os trabalhos específicos acompanhados no âmbito da presente dissertação foram relativos

ao fecho e aterro da Doca de terreiro do Trigo, onde foi realizado o melhoramento dos solos

com colunas de Jet Grouting. O aterro da Doca tinha que ser feito de forma a não condicionar a

ocupação futura da mesma.

O projecto definido consistia na solução de fundações indirectas através de microestacas

seladas no interior de colunas de solo-cimento, no entanto houve alterações ao projecto e

apenas realizaram-se colunas de solo-cimento com o intuito de poderem ser perfuradas ou

escavadas de acordo com o projecto de arquitectura a implementar, ainda não desenvolvido

aquando do inicio da empreitada referente à 2ª fase. [2]

Figura 38 - Projecto arquitectónico para o Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia (TCSA) a construir sobre

o aterro do cais do Jardim do Tabaco (3ª Fase). [18]

40

Esta empreitada ficou a carga do consórcio constituído pelas seguintes empresas,

Somague, Seth e OFM, ver figura 39.

Figura 39 - Consórcio constituído por Somague, Seth e OFM.

A Geocimenta, agora designada por Hagen foi a empresa responsável pelos trabalhos de

Jet Grouting.

A empreitada de solos decorreu desde o início de Novembro de 2009 e ainda está a

decorrer, prevendo-se a respectiva conclusão em Dezembro de 2010.

3.2 Localização geográfica

A obra em questão localiza-se na freguesia de Santa Apolónia, Concelho de Lisboa,

situada entre Santa Apolónia e o Jardim do Tabaco, tal como é possível observar através da

figura 40. A entrada principal da obra é na Avenida Infante Dom Henrique, Largo do Museu da

Artilharia.

Figura 40 - Localização da Obra em estudo.

Caso de estudo – 2ª

fase Cais do Jardim do

Tabaco e Santa Apolónia.

2ª Fase

1ª Fase

41

3.3 Dimensões e características da doca existente

A Doca do Jardim do Tabaco apresenta as seguintes dimensões:

290 Metros de comprimento;

56 Metros de largura;

40 Metros de “boca” (entrada da Doca).

Na figura 41 é possível observar as dimensões do aterro do Jardim do Tabaco através de

uma fotografia tirada via área.

Figura 41 - Dimensões do aterro do Jardim do Tabaco. Fotografia tirada em Agosto de 2009.

Na Doca existem diversos elementos estruturais que definem o contorno da mesma, tais

como:

Dois Molhes acostáveis dos dois lados, com 130 metros de comprimento o de

montante e de 120 metros, o de jusante;

Um Cais com 290 metros de comprimento no lado oposto da entrada, paralelo aos

molhes;

Duas retenções de talude com cerca de 56 metros de comprimento que limitam a Doca

a montante e a jusante.

No projecto de reabilitação e reforço dos cais entre Santa Apolónia e Jardim do Tabaco,

houve a importante preocupação nas serias anomalias verificadas neste elementos, ver figura

42, nomeadamente: [19]

Muro norte da Doca

Embarrigamento para o lado do rio no troço P120m a P190m (P0m corresponde ao limite

jusante do muro);

Assentamento da ordem de 50 centímetros.

Molhe de montante

42

Assentamentos na zona da cabeça que se estendem desde esta até aproximadamente

metade da sua metade da sua extensão.

Molhe de Jusante

Assentamentos na zona da cabeça que se estendem até aproximadamente metade da

sua extensão;

Descontinuidades no pavimento;

Fractura vertical no paramento exterior.

Figura 42 – Localização dos vários elementos com anomalias da Doca.

3.4 Elementos base

Os elementos base fornecidos no concurso foram essenciais na definição da solução

proposta, assim como nos parâmetros definidos numa fase posterior. Os elementos de base

utilizados no desenvolvimento do projecto de execução que foram patenteados a Concurso,

são mencionados de seguida:

Estudo Preliminar de Estabilidade do Parque Subterrâneo, elaborado pelas empresas

“STA – Segadães Tavares & Associados, Lda.” e “WW – Consultores de Hidráulica e

Obras Marítimas, S.A.”, em Abril de 2009;

Informação geológica e geotécnica contida nos elementos patenteados a concurso e

Prospecção Complementar, realizada pela empresa “TECNASOL FGE – Fundações e

Geotecnia, S.A.”, em Janeiro de 2007 e Dezembro de 2008.

No entanto, estes elementos foram complementados com visitas à obra que dera o

enquadramento geral assim como contribuíram para uma melhor interpretação e avaliação das

condicionantes associadas à solução a propor. Estas condicionantes serão apresentadas em

detalhe noutro subcapítulo. [20]

Molhe de Montante

Molhe de Jusante

Muro Norte da Doca

43

3.5 Principais condicionantes

3.5.1 Enquadramento geológico e geotécnico

No que diz respeito ao enquadramento geológico, a informação foi adquirida através de

uma prospecção, mais especificamente através de um ensaio CPTU, ver figura 43. É a partir

desse documento que se caracteriza o solo nas diversas zonas geotécnicas, tornando assim

possível uma análise mais simples da heterogeneidade do solo.

A caracterização geotécnica dos terrenos em causa, foi definida com base na observação

visual de informação proveniente de sondagens e nos resultados dos ensaios in situ. O estudo

geológico e geotécnico teve em consideração cinco sondagens (S1, S2, S3, S4, S5), ver figura

44 e anexo I, com amostragem contínua, no decurso das quais se realizaram ensaios com

cone penetrómetro CPTU (ensaios com piezocone com medição da pressão intersticial).

O ensaio CPTU consiste na cravação no terreno de uma ponteira cónica (60˚ de ângulo de

abertura) a uma velocidade constante de 20 mm/s. A secção transversal do cone apresenta

uma área de 10 cm2. No ensaio mede-se as resistências de ponta e lateral, assim como a

pressão intersticial da água.

Figura 43 - Representação do instrumento do ensaio CPTU. [2].

Ao analisar o cenário geológico e geotécnico, é possível verificar que o solo é constituído

por aterros e por enrocamentos originais, fundados sobre lodos parcialmente ou totalmente

consolidados (zona sobre os muros), pelo complexo lodoso, constituído por lodos com valores

baixos de Cu (lodos argilosos) e finalmente pelo substrato Miocénico, constituído por areias,

argilas e calcários. Os lodos, na zona de transição para o Miocénico, apresentam

características arenosas. [20]

45

ZG2 – Complexo Aluvionar (lodos arenosos). Aterros e Enrocamentos.

ZG3 – Complexo Aluvionar (lodos argilosos). ZG1 – Complexo Aluvionar (lodos arenosos).

A A´

Figura 44 - Corte Geológico AA´ do Aterro e localização das sondagens.

47

Foi possível concluir a partir da informação anterior que o terreno é caracterizado por três

formações, definidas de seguida:

Aterro e Enrocamentos: estrato heterogéneo, incluindo, por vezes, enrocamentos

calcários constituintes da fundação do muro, embora também detectados na zona

interior da Doca.

Complexo Aluvionar: constituído, quase exclusivamente, por lodos, apresentando

algumas intercalações areno-lodosas, especialmente no interior da Doca. A

generalidade das sondagens realizadas naquele lugar detectou na parte inferior do

complexo uma zona areno-lodosa com conchas, seixos e calhau calcários provenientes

da erosão das camadas miocénicas.

Complexo Miocénico: constituído essencialmente por estratos calcários fossilíferos –

gresosos, alternando com camadas argilosas. As bancadas calcárias podem atingir

espessuras da ordem dos 4,0m. As camadas gresosas (areolas) são constituídas por

areias finas, micáceas, argilosas, alternando com camadas de argila, raramente isentas

de areias. [20]

De seguida, no quadro 5, são apresentados os valores estimados para os parâmetros

adoptados nos cálculos realizados, para as diferentes zonas geotécnicas definidas:

Quadro 5 - Parâmetros estimados para as diferentes zonas geotécnicas consideradas.

Zona

Geotécnica Litologia

Ø´- ângulo

de atrito

interno

(˚)

C´ -

Coesão

Drenada

(KPa)

- Peso

Especifico

Humido

(KN/m3)

E´ - Modulo de

deformabilidade para

carregamento

(MPa)

- Aterros 30 5 18 10

ZG3 Lodos

argilosos 19 8 15 1

ZG2 Lodos

arenosos 25 10 17 20

ZG1 Areias

Siltosas 30 10 18 10

3.5.2 Condicionamentos hidrográficos

A cota do aterro do Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia encontra-se abaixo da preia-

mar, verificou-se que era necessário ter em consideração a impulsão da água tanto na laje de

fundo da estrutura como nas paredes de contenção.

Tratando-se de uma obra com muita proximidade do mar, é de extrema relevância ter em

consideração o nível deste. Sendo assim, para a zona em estudo tomaram-se valores da maré

no Porto de Lisboa (Terreiro do Paço), segundo o Roteiro da Costa de Portugal, do Instituto

Hidrológico, valores apresentados no quadro 6. [19]

48

Quadro 6 - Diferentes alturas de água a ter em consideração neste tipo de obras geotécnicas.

Designação Descrição Altura de água

PMMax.

Altura de água máxima que se prevê

que possa ocorrer sob condições

meteorológicas medias, tendo em conta

todas as combinações possíveis

astronómicas.

+4,27 m (ZH)

PMAV

Valores médios, tomados ao longo do

ano, das alturas da água de duas preia-mar

sucessivas, que ocorrem quinzenalmente

quando a amplitude da maré é maior.

+3,80 m (ZH)

PMAM


ano, das alturas da água de duas preia-mar


quando a amplitude da maré é mínima.

+3,00 m (ZH)

NM Nível Médio da altura da água. +2,20 m (ZH)

BMAM


ano, das alturas da água de baixa-mares


quando a amplitude da maré é mínima.

+1,50 m (ZH)

BMAV


ano, das alturas da água de baixa-mares


quando a amplitude da maré é maior.

+0,64 m (ZH)

BMMin.

Altura de água mínima que se prevê que

possa ocorrer sob condições meteorológicas

medias, tendo em conta todas as

combinações possíveis astronómicas.

+0,13 m (ZH)

3.5.3 Condições de vizinhança

O local da intervenção apresentava-se confinado entre muros cais. A tardoz dos muros do

lado Poente, encontram-se a curta distancia, edifícios de uso industrial, bem como um poço de

ventilação do Metropolitano de Lisboa. Assim, as soluções propostas tiveram estes aspectos

em consideração, logo deveriam provocar o mínimo de impacto no normal funcionamento

destas infra-estruturas, durante e após a execução das fundações. Foram realizadas vistorias,

de forma a prevenir algum problema com as estruturas vizinhas foram. [20]

49

3.5.4 Condicionamentos construtivos

Os molhes da Doca foram alvo de uma intervenção de reabilitação e reforço, incluindo o

fecho da doca.

Tendo em consideração as diferenças de comportamento dinâmico da estrutura do cais

norte e da nova estrutura do Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia, este cais sofreu

intervenções, aumentando assim a sua capacidade de suporte, de forma a não transmitir

cargas à nova estrutura.

As retenções de montante e de jusante tiveram intervenções mínimas, sendo assim é a

nova estrutura do Terminal dos Cruzeiros de Santa Apolónia a suportar os desníveis de terras

existentes.

Tendo em conta a localização da obra, não foi possível assumir estanquidade das obras

periféricas da doca, o que faz com que as paredes de contenção tenham um papel

fundamental de suporte. [19]

3.5.5 Serviços afectados

No que diz respeito aos serviços afectados, destaca-se a presença de uma conduta

adutora Ø1000 mm, localizada entre os edifícios industriais e os muros da Doca (lado Poente).

Antes do inicio da obra foi analisada a localização de quaisquer serviços enterrados, de forma

a salvaguardar o seu normal funcionamento durante e após a realização dos trabalhos.

Para além da conduta adutora, verificou-se também que em certas zonas, os muros que

delimitam a Doca apresentavam deformações apreciáveis mesmo antes do inicio da obra.

Assim, houve a preocupação de adoptar uma solução que provocasse o mínimo de

deformações ao longo e após a realização dos trabalhos. [20]

3.5.6 Prazo de execução

A solução proposta teve em consideração a realização dos trabalhos dentro dos prazos

que permitissem execução da obra em condições de segurança e de economia para a própria

obra e para todas as estruturas e infra-estruturas vizinhas. [20]

50

3.6 Solução Proposta – Tratamento de solos de fundação da Doca

No que diz respeito à execução do tratamento de solos do aterro do Jardim do Tabaco

tinha-se definido que os elementos estruturais (pilares, núcleos e paredes periféricas) fossem

fundados, indirectamente, através de microestacas tubulares seladas no interior de colunas de

solo-cimento.

Inicialmente previa-se realizar colunas de Ø1800 mm intercaladas com colunas de Ø1200

mm (com capiteis de Ø1800 mm) e em toda a periferia seria de Ø1200 mm, apresentando

microestacas no interior das colunas de Jet Grouting de Ø1800 mm, ver Anexo II.

Em função das cargas provenientes da estrutura previa-se, para todos os apoios discretos,

a execução de microestacas tubulares em aço N80 - API5A Ø244,5x16,0 + 1Ø50mm

(A500/A550), seladas no interior de Colunas de Jet Grouting Ø1800mm, devidamente

encastradas ao nível dos lodos arenosos existentes na transição com o substrato Miocénico,

permitindo essencialmente a transmissão das cargas essencialmente por atrito lateral. [20]

A decisão por fundações indirectas por micorestacas e colunas de Jet Grouting deve-se

essencialmente aos aspectos de natureza construtiva, nomeadamente os equipamentos devem

apresentar pequeno/médio porte, de forma a minimizar as exigências ao nível da plataforma de

trabalho provisória. A consideração da possível realização das fundações através de uma

plataforma de trabalho estável, que permitisse a execução dos trabalhos, dispensando o

recurso a meios marítimos e pouco afectada pelo efeito das mares revelou-se com certeza de

elevada importância para o decorrer dos trabalhos, em condições de segurança e de

previsibilidade.

A plataforma de trabalho provisória é um elemento que tem que ser bem executado, é

constituída por uma geogrelha biaxial tipo SS30 com geotêxtil, sob camada de tout-venant,

com 40 centímetros de espessura mínima, sobre a qual foi colocada uma geogrelha biaxial, do

tipo SS20 e uma segunda camada de tout-venant com 60 cm de espessura. [20]

No que diz respeito ao fecho da Doca através de uma cortina de estacas prancha, apoiada

numa estrutura de betão armado fundada em estacas, (por forma a funcionar em conjunto

como uma estrutura que poderá acomodar o desnível de impulsos determinado pelo aterro da

doca) apresentou também a execução de uma cortina de Jet Grouting Ø1200 mm//1,0 m, ao

longo do alinhamento interior dos muros da doca, minimizando assim o afluxo de água ao

interior do recinto da doca, durante as horas de preia-mar. Há que referir que mesmo existindo

esta preocupação, não foi impeditivo de ocorrer rotura localizada do coroamento. Assim

propôs-se e dimensionaram-se soluções de reparação e de reforço e definiram-se

procedimentos executivos que permitissem minimizar os riscos de voltarem a ocorrer

patologias identificadas. Este assunto irá ser explicado em pormenor num subcapítulo 3.11.

[21]

O projecto foi modificado, uma vez que o Dono de Obra decidiu alterar o objectivo

apresentado. Inicialmente pretendia efectuar um parque de estacionamento com o projecto de

estruturas e arquitectura definidos. Antes do inicio dos trabalhos de Jet Grouting, o Dono de

51

Obra decidiu lançar um novo Concurso para o projecto arquitectónico do Terminal do Cruzeiro

de Santa Apolónia. Assim houve necessidade de realizar alterações no projecto de tratamento

de solos de fundações. O projecto definido para o fecho da Doca manteve-se.

O projecto de tratamento de solos teria que apresentar uma característica importante: não

poderia por em causa o projecto de arquitectura e estruturas dos pisos elevados. No entanto

como este ainda não estava devidamente planeado houve a preocupação de realizar uma

solução bastante flexível para o aterro da doca.

Consoante a localização dos pilares estruturais, as colunas de Jet Grouting poderiam vir a

ser perfuradas e escavadas para uma possível incorporação das microestacas.

Tendo em consideração a flexibilidade da solução optou-se por realizar colunas de

Ø1500mm em toda a área da doca, ver anexo III. [20]

52

3.7 Faseamento Construtivo

Tendo em consideração a solução estudada para a execução do tratamento de solos de

fundação do aterro do Terminal dos Cruzeiros de Santa Apolónia, seguiu-se o seguinte faseamento

construtivo:

1. Realização de visitas à obra com o objectivo de analisar todas as estruturas e infraestruturas

vizinhas.

2. Realização de poços de prospecção para aferir as condições das fundações já existentes;

3. Instalação dos alvos nas empenas e nas fachadas dos edifícios vizinhos e de marcas

topográficas nos pavimentos, consoante definido no Plano de Instrumentação e Observação;

4. Execução do fecho da Doca através da cortina de estacas prancha apoiada na grelha e

estacas de betão armado, ver figura 45;

5. Execução de colunas de Jet Grouting teste, de forma a verificar os parâmetros considerados.

6. Realização parcial do aterro da doca, incluindo zona junto aos muros até à cota +4,5 m (ZH),

para a realização de colunas de Jet Grouting da cortina periférica;

7. Execução de cortina periférica de colunas de Jet Grouting Ø1200 mm//1,0 m, com o intuito de

diminuir a permeabilidade do terreno, junto à face inferior dos muros da frente da doca;

8. Realização da plataforma de trabalho no interior da Doca até à cota +1,95 m (ZH) constituída

por 2 geogrelhas biaxiais (SS30 com geotêxtil + SS20) e duas camadas de tout-venant

(ambas de aproximadamente 50 centímetros). Em obra na colocação da primeira geogrelha

(com geotêxtil) foram colocadas duas camadas perpendiculares, de forma a evitar que

houvesse afastamento dos vários elementos de geogrelha, ver figura 46;

9. Execução de colunas de Jet Grouting de Ø1500 mm, para tratamento das formações lodosas

e apoio da plataforma de transferência de cargas. A realização das colunas é feita por

alinhamentos horizontais ou em triângulos (zigue-zague), de forma a melhorar a estabilidade

da plataforma de trabalho;

10. Ao longo da realização dos trabalhos foram efectuados ensaios de controlo de qualidade;

11. Colocação de material granular até à cota +4,00 sendo realizada a compactação por

compactação hidráulica. Nos últimos 0,50 metros, a compactação é realizada através de

compactação dinâmica;

12. Execução da estrutura de betão armado de apoio ao Terminal de Cruzeiros de Santa

Apolónia.

A técnica de tratamento de solos Jet Grouting, como foi mencionado em capítulos anteriores, é

uma técnica com inúmeras vantagens, no entanto apresenta também desvantagens, destacando-se o

controlo de qualidade rigoroso exigido em obra. Durante a realização dos trabalhos houve

necessidade de controlar o refluxo e criar condições da sua recolha. É necessário aferir se os

parâmetros definidos em projecto são adequados e se apresentam homogeneidade ao longo do

comprimento. São por isso, efectuados ensaios coluna teste, antes do inicio dos trabalhos, onde são

retirados provetes para a realização em laboratório de ensaios de compressão uniaxial e de

53

deformabilidade. Para além deste procedimento, há também necessidade de realizar ensaios coluna

teste, de forma a confirmar os parâmetros definidos em anteriormente. [20]

Figura 45 - Cortina de estacas

prancha – Fecho da Doca,

faseamento 3.

Figura 46 - Colocação das

geogrelhas, apresentando a primeira

geotextil por debaixo da geogrelha,

faseamento 7.

54

3.7.1 Parâmetros de execução observados em obra

Na primeira visita à obra que coincidiu com o inicio dos trabalhos de Jet Grouting, observaram-se

os parâmetros de execução apresentados no quadro 7. Esta actividade corresponde ao faseamento 8

apresentado anteriormente.

Quadro 7 - Parâmetros adoptados em obra (Cais Jardim do Tabaco e Santa Apolónia).

Parâmetros de furação e de injecção

Sistema de Jet Tipo I – Facilidade executiva e maior

rendimento .

Pressão de Injecção [bar] 450

Velocidade de Furação [m/min.] 3,83

Velocidade de subida [cm/min.] 12,6

Quantidade de cimento consumida

por coluna [l/m] 130

Passo [cm] 4

A/C [l/Kg] 1/1

Profundidade de Furação [m]

Aproximadamente 26 metros, valor

inferior ao definido em projecto (33 metros),

uma vez que se verificou que a velocidade

diminuía demasiado aos 25 metros de

profundidade, o que significa que essa

profundidade já se tratava de solo bastante

resistente onde é possível encastrar (um

metro de encastramento);

Verificou-se que estes parâmetros se mantiveram constantes ao longo dos trabalhos de Jet

Grouting, contudo a pressão imposta na central ia variando consoante a distância à mesma.

3.7.2 Controlo de Qualidade

No decorrer da obra foram realizados vários ensaios com o objectivo de verificar se as colunas

dispunham da geometria requerida. Foram realizados ensaios coluna-teste e pelo menos 5% dos

carotes efectuados foram de categoria integral. Esta actividade é correspondente ao faseamento 10

apresentado anterior.

Tendo em consideração a explicação da alteração do projecto mencionada anteriormente, houve

necessidade de realizar ensaios com objectivo de aferir e calibrar os diâmetros das colunas e os seus

parâmetros de execução. Os ensaios realizados até ao final do mês de Outubro de 2009 não tiveram

toda a utilidade desejada, uma vez que o projecto foi alterado para colunas de Ø1500 mm, em

substituição das colunas de Ø1800 mm e Ø1200 mm.

55

No dia 2 de Novembro de 2009 foram realizadas colunas ensaio, de forma a aferir e calibrar os

diâmetros e os parâmetros das colunas de Ø1800 mm e Ø1200 mm. No entanto apenas a informação

referente às colunas de Ø1200 mm, foi utilizada, uma vez que no projecto de execução já não

estavam definidas colunas de Ø1800 mm. No quadro 8 encontram-se os parâmetros definidos para

cada coluna ensaio de Ø1200 mm de diâmetro.

Quadro 8 – Colunas de ensaio e os vários parâmetros definidos para cada uma.

Coluna Pressão

Tipo

de Jet Bico Cimento

Comprimento

[m] Passo

[bar] (1/2) [mm] C/A Kg/m3 Furo Coluna I [cm] t [seg]

1/1200 340 1 4 0,8 300 4 3,5

4 10

2/1200 320 1 4 1 4 9

No dia 12 de Novembro 2009 foram executadas quatro colunas de ensaio com recurso ao

sistema de Jet tipo I, cujo objectivo era atingir diâmetros de 1500 mm, com resistência à compressão

simples superiores a 3,7 MPa e módulos de deformabilidade nunca inferiores a 0,5 GPa. Com este

ensaio foram analisados os diâmetros atingidos, o aspecto das colunas e foram ainda realizados

ensaios de laboratório, de forma a aferir os módulos de deformabilidade e resistência à rotura.

Os resultados do ensaio de compressão uniaxial das colunas ensaio de 1200 mm realizadas no

dia 2 de Novembro, são apresentados conjuntamente com os resultados obtidos para as colunas

ensaio de 1500 mm, realizadas a 12 de Novembro.

Os parâmetros utilizados apresentam-se no quadro 9 e os resultados obtidos no quadro 10.

Quadro 9 – Colunas de ensaio e os vários parâmetros definidos para cada uma.

Coluna Pressão Bico Cimento

Comprimento

[m] Passo

[bar] [mm] C/A Kg/m3 Furo Coluna I [cm] t [seg]

1/1500 380 4,5

1

550

4 3,5

4 17

2/1500 410 4,5 550 4 16

3/1500 300 2x4,5 550 6 14

4/1500 380 4,5 1,2 600 4 3,5 4 16

Quadro 10 - Resultados dos ensaios.

Colunas Diâmetro obtido

[mm] Descrição

1/1500 1550 Aspecto homogéneo




56

Nas figuras 47, 48, 49 e 50 é possível analisar o aspecto das amostras recolhidas das colunas de

1500 mm. Na figura 51 observa-se o aspecto da amostra recolhida da coluna nº2 de 1200 mm

realizada no dia 23 de Outubro.

Figura 47 - Tarolos ensaiados da coluna 1/1500.

Figura 48 - Tarolos ensaiados da coluna

2/1500.


Figura 50 - Tarolos ensaiados da coluna

4/1500.


57

No quadro 11 e 12 é possível observar os resultados dos ensaios de compressão uniaxial para

as colunas de Ø1800 mm e de Ø1200 de diâmetro. Os resultados obtidos apresentam-se em forma

de tabela e gráfico, para uma melhor leitura dos valores.

Quadro 11 - Ensaios de compressão uniaxial de provetes localizados no eixo das colunas (Modulo de

deformabilidade e resistência à rotura).

Amostra Módulo de

deformabilidade,

E [GPa]

Tensão de

rotura, σ [MPa] Referência

Idade do

provete

[dias]

Datas de

ensaio

Coluna 1/1500 – P1 36

18/12/2009

0,62 4,46

Coluna 1/1500 – P2 36 0,54 3,50

Coluna 2/1500 – P1 36 0,64 2,92

Coluna 2/1500 – P2 36 0,70 4,12

Coluna 3/1500 – P1 36 0,79 3,53

Coluna 3/1500 – P2 36 0,75 4,02

Coluna 4/1500 – P1 36 0,67 4,37

Coluna 4/1500 – P2 36 0,70 5,68

Coluna 2/1200 – P1 56 0,52 3,57

Coluna 2/1200 – P2 56 0,50 2,88

Quadro 12 - Relação entre a tensão de rotura e o tempo dos provetes.

Após uma análise dos resultados laboratoriais obtidos concluiu-se que apesar de todas as

colunas, um modo geral apresentarem resultados satisfatórios, a coluna nº4 atingiu valores

superiores aos preconizados em projecto, em ambos os tarolos ensaiados.

3,98

3,52

3,78

5,02

4,08

3,52

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

25 30 35 40

Ten

são

de R

otu

ra σ

[MP

a]

Tempo [Dias]

Tensão de Rotura

Tensão de Rotura Tensão de Rotura Média Tensão Rotura - Valor Caracteristico

58

Tendo em consideração o que foi mencionado anteriormente, de forma a preservar pela

segurança, definiu-se para a realização das colunas de Jet Grouting de fundação de Ø1500 mm os

parâmetros segundo a coluna de ensaio nº 4. No que diz respeito às colunas de Ø1200 mm, apenas

a coluna nº2 (Coluna 2/1200 do Quadro 11) foi ensaiada, uma vez que a coluna nº 1 não

apresentavam tarolos com dimensões suficientes para a realização dos ensaios laboratoriais segundo

as especificações da norma em vigor. Para as colunas de 1200 mm de diâmetro definidas para a

cortina adjacente ao muro do cais, propôs-se a sua realização segundo os parâmetros utilizados a

coluna de ensaio nº 2.

No seguimento do controlo de qualidade previsto em projecto para as colunas de Jet Grouting

definitivas do interior da Doca, foram realizados carotagens em todo o seu desenvolvimento nas

colunas 2V, 4A, 14A, 164A e 198V, sendo o posicionamento do carote nas três primeiras, ao eixo e

nas restantes na periferia. Dos tarolos recolhidos foram escolhidos, aleatoriamente três provetes a

diferentes profundidades, mas sempre no interior materiais aluvionares para determinação do módulo

de deformabilidade e da resistência à compressão simples.

Ao analisar os valores obtidos das carotes junto ao eixo e os da periferia percebe-se que existe

uma homogeneidade das resistências ao longo da secção, mesmo comparando com tempos de cura

distintos. Conclui-se que as colunas apresentam características coerentes analisando em diferentes

tempos de cura, mostrando assim a correcta execução e escolha dos parâmetros da técnica.

No quadro 13 e 14 são apresentados os resultados obtidos em forma de tabela e gráfico, para

uma melhor leitura dos valores:

Quadro 13 - Resultados obtidos dos ensaios.

Coluna

Comprimento

do carote

[ml]

Posicionamento Data da

carotagem

Provetes

Designação Profundidade

[ml] Ensaio

Cura

[dias]

Rotura

[MPa]

Deformabilidade

[GPa]

2V 18,0 Eixo 25 -Jan

2V – P1 12,0 01-

FEV 81

7,62 1,00

2V – P2 14,5 25,90 -

2V – P3 16,0 3,90 0,78

4A 24,0 Eixo 07 - Jan

4A – P1 10,0 01-

FEV 75

7,21 0,70

4A – P2 12,5 9,60 -

4A- P3 16,0 34,70 -

19V 22,5 Eixo 20 - Jan

19V–P1 8,0 01-

FEV 43

6,12 0,80

19V–P2 17,0 4,10 0,33

19V–P3 19,5 11,20 1,52

14A 25,5 Extrema 14 - Jan

14A–P1 7,0 01–

FEV 46

4,92 0,83

14A–P2 14,0 11,97 1,35

14A–P3 21,0 11,20 1,52

164A 19,0 Extrema 22– Jan

164A–P1 7,5 01-

FEV 68

4,88 0,67

164A–P2 9,0 6,55 0,61

164A–P3 12,0 5,91 0,73

198V 25,0 Extrema 01- Fev

198A-P1 8,0 01-

FEV 67

6,70 0,95

198A–P2 13,5 5,20 1,42

198A–P3 21,0 7,40 1,58

59

Quadro 14 - Relação entre a tensão de rotura e o tempo dos provetes.

Através do quadro 14 é possível observar que os valores obtidos cumprem o preconizado em

projecto. Os valores do módulo de deformabilidade que não são indicados, devem-se ao facto dos

provetes em causa possuírem uma rigidez elevada que não permite o cálculo do mesmo. Os valores

de tensão de rotura muito elevados não foram tidos em consideração, uma vez que estes valores

podem dever-se à existência de objectos diversos (bicicletas, entre outros) no interior da doca.

3.8 Materiais

3.8.1 Materiais definidos para os elementos estruturais

Para a execução da obra utilizaram-se os seguintes materiais de prática corrente neste tipo de

intervenções:

Colunas de Jet Grouting – Periferia (tratamento):

Deverão garantir a mobilização dos seguintes parâmetros resistentes:

Resistência à compressão simples das colunas, antes da execução do aterro, valor de

rotura: 17Kg/cm2 (1,7 MPa - factor de segurança mínimo de 1,5);

Módulo de deformabilidade das colunas-solo, aos 28 dias, quando submetidas a cargas

axiais de compressão de serviço: 0,5 GPa (valor médio);

Na ausência de informação sobre a constituição química da água e dos terrenos

interessados propõe-se a adopção do cimento tipo CEM IV / A (V) 32,5 R.

5,76

8,41

5,114,92

5,78

6,43 6,07

3,52

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Ten

são

de R

otu

ra σ

[MP

a]

Tempo [Dias]

Tensão de Rotura

Tensão de Rotura Tensão de Rotura Média Tensão Rotura - Valor Caracteristico

60

Colunas de Jet Grouting – Fundação:

Deverão garantir a mobilização dos seguintes parâmetros resistentes:

Resistência à compressão simples das colunas, antes da execução do aterro, valor de rotura:

37Kg/cm2 (3,7 MPa - factor de segurança mínimo de 2,0);

Módulo de deformabilidade das colunas-solo, aos 28 dias, quando submetidas a cargas axiais

de compressão de serviço: 0,5 GPa (valor médio);

Na ausência de informação sobre a constituição química da água e dos terrenos interessados

propõe-se a adopção do cimento tipo CEM IV / A (V) 32,5 R.

Geogrelhas:

Geogrelha SS30G bidireccional, ou equivalente, em polipropileno:

Tult = 30.0 kN/m (transversal / longitudinal);

T 2% eu = 10.5 kN/m (transversal / longitudinal);


Incluindo geotêxtil de separação com 300gr/m2.

Geogrelha SS20 bidireccional, ou equivalente, em polipropileno:

Tult = 20.0 kN/m (transversal / longitudinal);


T 5% eu = 14.0 kN/m (transversal / longitudinal).

O cimento recomendado é o cimento do tipo IV /A (C) 32,5 R por razões de durabilidade e porque

já tinha sido utilizado na 1ª fase dos trabalhos.

Há que mencionar, que todos os parâmetros definidos em projecto no que diz respeito a técnica

de Jet Grouting, foram confirmados através de colunas teste que tem como objectivo obter-se

amostras para de seguida serem analisadas em laboratório. Assim, foi possível verificar a resistência,

deformabilidade e homogeneidade.

A tecnologia em causa deve provocar o menor impacto no comportamento de todas as estruturas

e infraestruturas adjacentes ao perímetro da obra.

Durante a execução, foram realizados várias leituras dos equipamentos definidos no Plano de

Instrumentação e Observação e foi efectuado um controlo de qualidade rigoroso, de forma a verificar

os parâmetros de execução. [20]

3.8.2 Materiais de Estaleiro

O silo de armazenamento do cimento apresentava uma capacidade de 60 toneladas;

Central misturadora tinha como funcionalidade mistura a água com o cimento na proporção

adequada à injecção de substituição a pressão elevada;

Reservatório da calda;

61

Central de Bombagem é constituída por: 1 motor, 3 pistões e caixa de 5 velocidade para

definir as velocidades de rotação durante a furação e injecção;

Na figura 52 é possível observar um desenho esquemático do estaleiro, onde estão

representados, o silo, a central misturadora, o reservatório de calda e a central de bombagem.

Figura 52 - Desenho esquemático do estaleiro, com as respectivas medições.

Máquina de furação, ver figura 53;

Varas, ver figura 54;

Trialeta, ver figura 54.

Figura 53 - Maquina de Furação. Figura 54 - Material de furação - vara e trialeta.

62

3.9 Plano de Instrumentação e Observação

3.9.1 Generalidades

O Plano de Instrumentação e Observação teve como intuito prevenir e gerir os ricos, garantindo a

realização, em condições de segurança e de economia, dos trabalhos relativos às intervenções

realizadas, assim como a analise do comportamento das estruturas e das infraestruturas vizinhas

durante e após a execução da obra.

O Plano de Instrumentação e Observação proposto foi definido tendo em consideração os

principais condicionamentos mencionados anteriormente, uma vez que apresentam uma maior

probabilidade de poder vir a afectar a intervenção. A análise destes condicionamentos permitiu a

quantificação dos principais riscos directamente relacionados com a execução dos trabalhos. [20]

3.9.2 Grandezas a Medir

No Plano de Instrumentação e Observação está enunciado a medição, durante os trabalhos

relativos à materialização da solução proposta, em particular das colunas de solo-cimento e do aterro

da Doca, das seguintes grandezas:

1. Deslocamentos horizontais e verticais das estruturas e infraestruturas vizinhas;

2. Deslocamentos verticais do muro cais e das zonas existentes a tardoz do muro cais;

3. Deslocamentos horizontais no interior do maciço a conter.

3.9.3 Meios para a medição

As grandezas descritas anteriormente foram medidas através dos seguintes instrumentos:

Marcas topográficas para medição das grandezas mencionadas em 1.

Alvos topográficos para medição das grandezas mencionadas em 2.

Inclinómetros para medição da grandeza mencionada em 3.

É possível ver a localização dos aparelhos e dispositivos de medição indicados no Anexo III. O

número de dispositivos e a sua localização foi reformulado antes e no decorrer da obra, uma vez que

foi necessário ter em consideração a evolução do comportamento das estruturas instrumentadas. [20]

3.9.4 Características dos aparelhos

Os Alvos topográficos:

A instalação de alvos foi realizada através da fixação às estruturas, por colagem e/ou selagem,

de placas metálicas planas onde são colocados previamente os alvos. A orientação dos alvos poderá

ser corrigida de modo a facilitar as pontarias do equipamento topográfico e, consequentemente,

reduzir os erros (da ordem de 1 mm na direcção horizontal e de 0,5mm na direcção vertical). As

medições trigonométricas absolutas sem contacto de convergências e deformações previstas são

realizadas utilizando uma estação total com hardware e software indicados para o efeito. As

campanhas consistem na leitura de ângulos e de distâncias para alvos instalados nos elementos

63

cujos deslocamentos se pretendem determinar. Os pontos de referência, de apoio à execução das

leituras, estão localizados em zonas fora da área de influência da obra. [20]

Marcas Topográficas:

As marcas topográficas para medições à cota da superfície dos pavimentos estão fundadas a

uma profundidade máxima de 1,0m, possuindo na sua extremidade superior um suporte de mira

protegido com uma tampa de protecção. [20]

Os nivelamentos superficiais das marcas são realizados utilizando um nível de precisão com

lâminas de faces paralelas e mira de invar. As cotas serão referenciadas a pontos fixos, ou a pontos

suficientemente afastados da obra, que possam ser considerados como efectivamente fixos.

Dentro das condições normais de operação, o erro associado à leitura das marcas deverá ser de

+ 0.5 mm.

Extensómetros:

Um extensómetro consiste num aparelho que serve para medir a deformação (extensão) de um

corpo em condições estáticas. É constituído por uma fita adesiva, provida de uma resistência eléctrica

formada por um fio condutor de pequena espessura, disposta em forma de grelha com maior

comprimento no sentido da evolução da deformação.

A deformação do corpo ocorre no sentido do fio condutor, modificando-se a sua resistência

eléctrica. Sendo a variação da resistência proporcional à deformação, é possível determinar-se a

referida deformação em função da variação observada na resistência.

Um extensómetro pode ter ainda outra definição que consiste num aparelho utilizado para a

medição da dilatação térmica ou o alongamento provocado por uma força. [20]

Células de carga:

Célula de carga é um dispositivo electromecânico que mede a deformação ou flexão de um corpo

e a transforma em uma saída de tensão. O sinal em micro volts é alterado proporcionalmente à

medida que aplicamos uma carga em sua estrutura física. A célula é constituída de um ou mais

extensómetros. O tipo de aplicação da célula é o factor determinante para a escolha da quantidade

de extensómetros e configuração do circuito. [20]

3.9.5 Frequência de Leituras

Tendo em consideração as características da obra as leituras dos aparelhos instalados, ou a

instalar, foram lidos durante a execução dos trabalhos com uma frequência não inferior a uma vez por

quinzena.

Os resultados foram apresentados sobre forma gráfica e são interpretados atempadamente de

forma a serem analisados pelos técnicos projectistas das estruturas instrumentadas, em colaboração

com os técnicos da obra e com a Fiscalização. O intervalo de tempo entre cada campanha de leituras

e a entrega dos respectivos resultados, aos técnicos responsáveis pela respectiva análise e

interpretação não deve ser superior a 2 dias. [20]

64

3.9.6 Critério de alerta e alarme

O Plano de Instrumentação e Observação incluía critérios de alerta e alarme, uma vez que não

se consegue prever com excessiva certeza o comportamento do aterro e do tratamento da fundação

através de elementos de Jet Grouting e tendo, ainda, em consideração o facto de o nível freático

oscilar bidimensionalmente, mais preocupações deve-se ter. Assim, os critérios são os seguintes: [2]

1. Critérios de alerta:

Quadro 15 - Critérios de alerta considerados em projecto.

2. Critério alarme

Quadro 16 - Critérios de alarme considerados em projecto.

Elemento Muros Cais Edifícios Vizinhos

Deslocamentos Horizontais

[mm] 120 60

Deslocamentos Verticais [mm] 80 60

A interpretação dos valores deve ser efectuada de acordo com valores obtidos em leituras

anteriores, uma vez que é importante perceber as tendenciais da respectiva evolução. [20]

3.9.7 Medidas de Reforço

As medidas de reforço são defenidas de acordo com as eventuais patologias que possam surgir.

As situações devem ser analisadas individualmente, no entanto a título indicativo são apresentadas

algumas medidas de reforço: [3]

O reforço dos elementos de fundação do aterro, através da execução adicional de colunas

e/ou do incremento da secção das colunas, de forma a diminuir a respectiva tensão de

compressão;

Aumento do comprimento de encastramento das colunas no substrato competente;

O tratamento dos terrenos a tardoz e na fundação dos muros existentes e a preservar;

O recalçamento das estruturas e infra-estruturas vizinhas.

Como irá ser apresentado no subcapítulo 3.11., houve necessidade de ser proceder a medidas

de reforço nas colunas de Ø1200 mm que se encontravam no fecho da Doca, no enfiamento das

locas, deveu-se ao facto de o fluxo provocado pelo escoamento de água e de logo através das locas

terá induzido a um seccionamento de coroamento de algumas colunas de Jet Grouting. [20]

Elemento Muros Cais Edifícios Vizinhos

Deslocamentos Horizontais

[mm] 100 40

Deslocamentos Verticais [mm] 50 40

65

3.9.8 Resultados da instrumentação instalada

É possível ver a localização dos aparelhos e dispositivos de medição indicados no Anexo III.

Em todos os alvos topográficos não existem leituras no mês de Julho, isto deve-se ao facto de

nesse mês estarem a decorrer os trabalhos de reforço das colunas junto ao fecho Doca (Justificação

do reforço está apresentada no subcapítulo 3.11).

Na figura 55 observa-se a localização do alvo topográfico 1.

Figura 55 - Localização do alvo topográfico 1.

No quadro 17 apresentam-se os resultados do alvo topográfico 1-deslocamentos horizontais

(direcção Este e Norte).

Quadro 17 – Resultados lidos através do alvo topográfico 1 - deslocamento horizontal. Foram obtidos resultados

desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010. (Ver evolução dos trabalhos no quadro 19)

É possível constatar que os deslocamentos na direcção Norte são superiores aos deslocamentos

a Este. No entanto ambos os deslocamentos apresentam valores significativos que neste tipo de

obras são, contudo, valores com ordem de grandeza esperada. A plataforma de transferência de

carga ainda não está a funcionar de acordo com o seu objectivo, o que só acontecerá quando todas

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

3-D

ez

18-D

ez

2-J

an

17-J

an

1-F

ev

16-F

ev

3-M

ar

18-M

ar

2-A

br

17-A

br

2-M

ai

17-M

ai

1-J

un

16-J

un

1-J

ul

16-J

ul

31-J

ul

15-A

go

30-A

go

14-S

et

29-S

et

Deslo

cam

ento

s [m

]

Datas das medições [dia/mês]

Deslocamento Este Deslocamento Norte

Alvo Topográfico 1

Deslocamentos horizontais

66

as colunas estiverem concluídas e a altura do aterro for maior ou igual a metade da distância em

planta entre colunas. O facto de estarem maquinas a trabalhar por cima da plataforma também pode

induzir deslocamentos. Há que referir que os deslocamentos apresentados podem ser resolvidos na

fase construtiva através do começo da cota do coroamento do aterro, sem causar qualquer

condicionalismo. No quadro 18 observa-se os resultados obtidos pelo alvo topográfico 1 –

deslocamentos verticais.

Quadro 18 - Resultados lidos através do alvo topográfico 1 - deslocamentos verticais. Foram obtidos resultados

desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010.

Através do quadro 18 verifica-se que existe um assentamento máximo de aproximadamente 0,35

metros. Tendo em consideração o aterro em questão pode concluir-se que são valores esperados,

uma vez que esta técnica causaria apenas uma consolidação ligeira dos lodos mas também eram

esperados assentamentos desta ordem de grandeza, devido à influência que as mares têm no aterro

e o prazo necessário para que a altura do aterro seja igual ou superior à distância entre colunas.

Comparando com os valores esperados de 1,5 metros através da consolidação dos lodos, utilizando

a técnica de vibrosubstituição pode concluir-se que estes valores são bastante mais favoráveis.


-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

3-D

ez

18-D

ez

2-J

an

17-J

an

1-F

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16-F

ev

3-M

ar

18-M

ar

2-A

br

17-A

br

2-M

ai

17-M

ai

1-J

un

16-J

un

1-J

ul

16-J

ul

31-J

ul

15-A

go

30-A

go

14-S

et

29-S

et

Deslo

cam

ento

s [m

]


Deslocamento Vertical

Deslocamentos verticais

67


No quadro 19 e 20 é possível observar os resultados obtidos pelo alvo topográfico 2.

Quadro 19 - Resultados lidos através do alvo topográfico 2 - deslocamentos horizontais. Foram obtidos

resultados desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010.

Comparando estes valores de deslocamentos com os observados no Quadro 17 verifica-se que o

alvo topográfico 2 apresenta valores inferiores ao alvo topográfico 1, no entanto a ordem de grandeza

é a mesma nos dois alvos topográficos. O facto de o alvo topográfico 2 se localizar mais no interior da

doca pode justificar a diferença de valores. Os valores dos assentamentos encontram-se dentro do

esperado e têm vindo a estabilizar ao longo da execução da obra.

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

3-D

ez

18-D

ez

2-J

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17-J

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1-F

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16-F

ev

3-M

ar

18-M

ar

2-A

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17-A

br

2-M

ai

17-M

ai

1-J

un

16-J

un

1-J

ul

16-J

ul

31-J

ul

15-A

go

30-A

go

14-S

et

29-S

et

Deslo

cam

ento

s [m

]



Alvo Topográfico 2


68


desde 3 de Dezembro de 2009 a 29 de Setembro de 2010.

Os valores dos assentamentos do alvo topográfico 2 são inferiores aos observados no alvo

topográfico 1, a explicação possível é a mesmas que foi referida para os deslocamentos horizontais.

Não é uma diferença significativa, como no alvo topográfico 1 considera-se valores aceitáveis e que

podem ser corrigidos na fase de execução.




-0,16

-0,14

-0,12

-0,1

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

3-D

ez

18-D

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2-J

an

17-J

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1-F

ev

16-F

ev

3-M

ar

18-M

ar

2-A

br

17-A

br

2-M

ai

17-M

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1-J

un

16-J

un

1-J

ul

16-J

ul

31-J

ul

15-A

go

30-A

go

14-S

et

29-S

et

Deslo

cam

ento

s [m

]


DeslocamentoVertical

Alvo Topográfico 3


69

Quadro 21 – Resultados lidos através do alvo topográfico 3 - deslocamentos horizontais. Foram obtidos

resultados desde 2 de Maio de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

Os valores observados neste quadro 21 são da mesma ordem de grandezas dos anteriores, no

entanto pode constatar-se que são inferiores. Tendo em conta que este alvo encontra-se no interior

da Doca e numa fase mais avançada do tratamento do aterro, podem ser essas as razões.


desde 2 de Maio de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

Quanto aos assentamentos apresentados no quadro 22 são semelhantes aos observados nos

alvos topográficos 1 e 2.


-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,0912-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

ca

me

nto

s [m

]



-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]


DeslocamentoVertical



70




resultados desde 2 de Maio de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

As conclusões a tirar do quadro 23 são as mesmas explicadas nos alvos topográficos 1 e 2.

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

ca

me

nto

s [m

]



Alvo Topográfico 4


71


desde 2 de Maio de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

As conclusões a tirar do quadro 24 são as mesmas explicadas nos alvos topográficos 1 e 2.




-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

012-A

br

2-M

ai

22-M

ai

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un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]



Alvo Topográfico 11


72


resultados desde 3 de Março de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

No alvo topográfico 11 verifica-se que os deslocamentos diminuíram com o avançar da obra.

Como no alvo topográfico 2 e 3, este apresenta valores inferiores quando comparando com os

deslocamentos doa alvos localizados junto ao fecho da Doca. A localização pode então ter

influenciado estes valores.

Quadro 26 – Resultados lidos através do alvo topográfico 11 - deslocamentos verticais. Foram obtidos resultados

desde 3 de Março de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

Os deslocamentos verticais apresentam a mesma ordem de grandes dos restantes alvos

topográficos.

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,083-M

ar

23-M

ar

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]



-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

3-M

ar

23-M

ar

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]





73





resultados desde 3 de Março de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

Os deslocamentos lidos no alvo topográfico 12 são da mesma ordem de grandeza dos restantes

observados.

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

3-M

ar

23-M

ar

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]



Alvo Topográfico 12


74


desde 3 de Março de 2010 a 19 de Setembro de 2010.

Os deslocamentos verticais apresentam a mesma ordem de grandes dos restantes alvos

topográficos.

3.10 Evolução da Obra – Visitas à Obra

Para melhor compreender a técnica de Jet Grouting e observar a execução da plataforma de

transferência de carga e do aterro subjacente houve a necessidade de realizar o acompanhamento

da obra do cais do Jardim do Tabaco onde foi aplicada a técnica em estudo.

A realização dos trabalhos foi dificultada, uma vez que a obra se desenvolveu essencialmente no

Inverno. Associada a esta estação do ano, as marés foram também uma condicionante. Numa das

visitas em meados de Dezembro, foi possível perceber estes condicionalismos. Quando a maré

começou a encher rapidamente, a máquina de tratamento de solos que estava em funcionamento

ficou inundada e os trabalhadores com água pela cintura.

No quadro 29 observa-se um desenho esquemático (perfil do aterro) da evolução do aterro ao

longo das várias visitas realizadas.

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

03-M

ar

23-M

ar

12-A

br

2-M

ai

22-M

ai

11-J

un

1-J

ul

21-J

ul

10-A

go

30-A

go

19-S

et

9-O

ut

Deslo

cam

ento

s [m

]




75

Quadro 29 - Evolução do aterro (perfil segundo a maior direcção do aterro) ao longo das várias visitas.

Visitas à Obra Data Evolução do Aterro (perfil segundo a maior direcção do aterro)

1ª Visita 13 de Novembro de

2009

2ª Visita 20 de Novembro de

2009

3ª Visita 4 de Dezembro de

2009


2009


2009

6ª Visita 27 de Janeiro de

2010

76

Visitas à Obra Data Evolução do Aterro

7ª Visita 9 de Fevereiro de

2010

8ª Visita 9 de Março de

2010

9ª Visita 20 de Maio de

2010

10ª Visita 12 de Agosto de

2010

11ª Visita 15 de Setembro

de 2010

77

1ª Visita à Obra – 13/11/2009

A primeira visita à obra realizou-se no dia 13 de Novembro de 2009, onde foi possível analisar,

de perto e em pormenor, o procedimento da técnica Jet Grouting de forma a observar os parâmetros

de execução. Esta visita coincidiu com o terceiro dia de trabalhos de Jet Grouting apenas três colunas

de Jet Grouting tinham sido efectuadas. Sentia-se alguma instabilidade do aterro que foi sendo

atenuada com a continuação dos trabalhos de Jet Grouting. A visita teve como intuito de observar a

realização da técnica, desde o inicio da furação até ao inicio da injecção, uma vez que o processo de

injecção é em semelhante ao longo de toda a profundidade. Registaram-se os parâmetros de

execução, de forma a comparar com outras visitas realizadas à posterior ver figura 61 e 62.

Figura 61 - Máquina de Jet a iniciar

a furação. Fotografia tirada dia 13 de

Novembro de 2009.

Figura 62 - Máquina de Jet a injectar

calda de cimento. Fotografia tirada dia 13

de Novembro de 2009.


A segunda visita realizou-se no dia 20 de Novembro de 2009, a geogrelha e o aterro tinham sido

prolongados e estava uma máquina a injectar. Os parâmetros de injecção (única parte do processo

visualizada) mantiveram-se semelhantes aos observados na primeira visita. No lado Nordeste da

Doca ainda não tinham sido iniciados os trabalhos de Jet Grouting. Na figura 63 apresenta-se o

dispositivo pelo qual é possível realizar o controlo de parâmetros.

78

Figura 63 - Controlo de parâmetros.

Entre as duas visitas foram realizadas algumas colunas de Jet Grouting. Foi possível perceber

onde tinham sido executadas, uma vez que se encontrava o refluxo proveniente da realização da

técnica (ver figuras 64 e 65). A instabilidade sentida na primeira visita quando alguém se deslocava

no aterro, deixou de ser sentida, uma vez que as colunas já realizadas criaram algum confinamento.


Na terceira visita, realizada no dia 4 de Dezembro de 2009, observou-se o inicio dos trabalhos do

lado Nordeste do aterro. Não houve oportunidade de analisar os valores dos parâmetros, uma vez

que a máquina que contém o dispositivo de controlo de injecção e furação, estava num local de difícil

acesso, ver figura 66 e 67.

Figura 64 - Maquina de Injecção.

Figura 65 - Refluxo das colunas de Jet Grouting.

79

Figura 66 - início dos trabalhos no outro lado.

Máquinas de Injecção. Fotografia tirada a 4 de Dezembro de

2009.


Na quarta visita, realizada no dia 10 de Dezembro de 2009, no lado Nordeste estava a realizar-se

injecção de colunas de Jet Grouting, ver figura 68. Do lado Noroeste do aterro estavam a decorrer os

trabalhos de terraplanagem e por conseguinte o avanço da plataforma de trabalho ver figura 69. Não

foi possível avaliar os parâmetros, uma vez que a máquina em questão não apresentava o dispositivo

de controlo de injecção e furação.

Figura 68 - Injecção de calda de cimento.

Fotografia tirada a 10 de Dezembro de 2009.

Figura 67 - Maquina de

Injecção. Fotografia tirada a 4 de

Dezembro de 2009.

Figura 69- Trabalhos de Terraplanagem, quarta vista à

Obra Fotografia tirada a 10 de Dezembro de 2009.

80


Aquando da quinta visita, realizada no dia 18 de Dezembro de 2009, encontravam-se duas

maquina a injectar. Nesta visita constatou-se a dificuldade da execução destes trabalhos em pleno

Inverno, ver figura 70 e 71. Foi importante para se ter noção real dos condicionamentos em obra, pois

não houve possibilidade de avaliar os parâmetros de execução.

6ª e 7ª Visita à Obra – 27/01/2010 e 9/02/2010

Durante o acompanhamento da obra foi possível observar a gradual da mesma. Ao comparar

fotografias tiradas em visita distintas é possível verificar a evolução do aterro. Nas figuras 72 e 73 é

possível observar o progresso do aterro, através do nivelamento colocado em Obra.

Figura 70 - Condicionamento das marés na

realização da técnica. Fotografia tirada no dia 18 de

Dezembro de 2009.

Figura 71 - Colocação de terra, melhorando a

plataforma de trabalho. Fotografia tirada no dia 18 de

Dezembro de 2009.

Figura 72 – Fotografia

tirada no dia 27 de Janeiro de

2010. É possível observar o nível

do aterro.

Figura 73 - Fotografia tirada na sétima visita (dia

9 de Fevereiro de 2010) o nível do aterro encontrava-se

mais elevado em relação à sexta visita à Obra (dia 27

de Janeiro de 2010).

81

No lado Nordeste do aterro verificou-se um avanço significativo. Tinham sido feitas

terraplanagens e a plataforma de trabalho estava a avançar de forma a continuarem os trabalhos de

Jet Grouting posteriormente, ver figuras 74 e 75.

Figura 75 - Avanço da plataforma de trabalho,

sétima visita à Obra.


Na oitava visita, realizada no dia 9 de Março de 2010, no lado Nordeste estava a realizar-se Jet

Grouting, com duas máquinas a funcionar (ver figuras 69). Os parâmetros de injecção mantinham-se.

No lado Noroeste continuavam a ser executados trabalhos de terraplanagens, ver figuras 76, 77, 78 e

79. Nesta fase da obra os trabalhos de Jet Grouting encontravam-se parados. Identificou-se uma

rotura do coroamento das colunas do fecho da Doca, explicado em pormenor no subcapítulo 3.11.

Figura 74 - Terraplanagens no outro lado do

aterro. Fotografia tirada no dia 9 de Fevereiro de

2010.

82

Figura 76 - Maquina de injecção. Fotografia

tirada a 9 de Março de 2010.

Figura 77 - Maquina de injecção avariada.

Fotografia tirada a 9 de Março de 2010.

Figura 78 - Trabalhos de terraplanagens.


Figura 79 - Trabalhos de terraplanagens.



Na nona visita, realizada a 20 de Maio de 2010, observou-se uma diferença significativa em

comparação à visita realizada anteriormente. Era possível ver um avanço dos dois lados do aterro.

Existia pouca distância entre o lado Nordeste e Noroeste. Encontrava-se uma máquina a injectar em

cada um dos lados do aterro e em simultâneo, no lado Noroeste, estava a realizar-se trabalhos de

terraplanagens. Nas figuras 80 e 81 é possível observar a evolução significativa da Obra.

Figura 81 - Vista geral do aterro. Fotografia tirada

no dia 20 de Maio de 2010.

Figura 80 - Maquinas de injecção a funcionar e

trabalhos de terraplanagem. Fotografia tirada no dia

20 de Maio de 2010.

83


Na décima visita procedia-se ao reforço das colunas do fecho da Doca e a trabalhos de

terraplanagem nos dois lados da Doca. Nas figuras 82 e 83 é possível observar a evolução

significativa da Obra.

Figura 82 - Visualização da evolução do aterro, bem como

se observa a máquina de Jet Grouting a realizar o reforço das

colunas do fecho da Doca.

Figura 83 - Observação geral do aterro.

O acompanhamento de obra teve como objectivo principal a aprendizagem da técnica, no

entanto a observação de algumas situações foram bastante relevantes acabando por complementar o

mesmo.

84

3.11 Análise do projecto de reparação da rotura localizada do aterro e revisão

da solução de fecho da Doca

Durante os trabalhos de aterro da Doca do Jardim do Tabaco, verificou-se que existia uma rotura

localizada do coroamento de algumas colunas de Jet Grouting. Assim houve necessidade de propor e

dimensionar soluções de reparação e reforço, assim como definir procedimentos executivos que

permitissem minimizar os riscos de voltarem a ocorrer as patologias identificadas (seccionamento

localizado do coroamento de algumas colunas), nomeadamente através da revisão da solução e do

respectivo faseamento da estrutura de fecho da doca.

Tendo em consideração a informação existente e após visitas ao local, identificou-se que o factor

que terá causado a ocorrência da rotura analisada à superfície do aterro terá sido a percolação da

água e lodo associada à variação das marés motivada pela fuga de material lodoso por baixo da

superestrutura do muro cais existente, provocado por uma deterioração localizada da estrutura do

prisma de TOT (todo o tamanho, isto é um enrocamento composto por material de vários tamanhos)

que provavelmente existiria na zona. Na figura 84 observa-se o fenómeno ocorrido. [21]

Figura 84 - Secção transversal tipo da zona do muro cais que terá determinado o fenómeno ocorrido. A cor

laranja simboliza a zona da rotura (Adaptado [21]).

Considera-se que esta justificação será a mais provável, uma vez que é coerente com a

localização de grandes locas detectadas durante os trabalhos de reforço dos muros cais, conforme se

pode verificar pela figura 85. As locas representam zonas onde o prima de TOT (enrocamento)

apresentou uma ruptura provocando assim a passagem de água e lodos.

O fluxo provocado pelo escoamento de água e de lodo através das locas terá assim provocado a

seccionamento de coroamento de algumas colunas de Jet Grouting localizadas no enfiamento das

referidas locas e, muito provavelmente, numa data em que a respectiva resistência era ainda

relativamente baixa. O seccionamento do coroamento das colunas foi testado através da realização

de carotes em algumas colunas. Na figura 86 é possível observar a zona onde foram testadas

algumas colunas. [21]

85

Figura 85 - Localização aproximada das locas e indicação do volume de material de preenchimento

colocado. [21]

Figura 86 - Localização aproximada das carotes realizadas para análise da integridade das colunas. [21]

86

3.11.1 Solução Proposta

Com o intuito de reparar a quebra na barreira de separação do interior para o exterior da Doca,

materializada pelo prisma de TOT (que se admite que está danificado) e pela cortina de colunas de

Jet Grouting periféricas, propôs-se o reforço da referida cortina de Jet Grouting, através da execução

de uma segunda cortina de colunas Ø1200 milímetros//1,0 metros, que permitisse intersectar o

prisma de TOT existente e, consequentemente, garantir confinamento eficaz da Doca, ver figura 87,

88 e Anexo IV. [21] e [22]

Figura 87 – Corte tipo da solução de reforço da zona de rotura (Adaptado [21]).

Figura 88 - Planta da solução de reforço da zona de rotura (Adaptado [21]).

Após o reforço da cortina de Jet Grouting periférica, numa largura mínima correspondente à zona

das anomalias à superfície da plataforma de trabalho, aumentando a largura mínima da zona de

anomalias, num desenvolvimento mínimo de 5,0 metros para cada lado da mesma, realizou-se a

87

reparação das colunas de Jet Grouting de tratamento da fundação do aterro, através da realização

das seguintes tarefas:

1. Implantação topográfica de cada uma das colunas danificadas;

2. Furação com recurso à máquina e ferramenta de Jet até interceptar o coroamento do troço

são da coluna pré-existente;

3. Furação à rotação do comprimento de empalme mínimo de 1 metro, no interior do troço de

coluna sã, com recurso a uma trialeta escalonada de diâmetro 101mm. Se esta metodologia

não fosse viável, por não dispor de capacidade suficiente para furação da coluna sã, deveria

ser substituída por carotagem;

4. Jacteamento dos primeiros 75cm de empalme com parâmetros definidos apenas para a

colmatação de todos os vazios provocados pela furação;

5. Jacteamento dos últimos 25cm de empalme e troço remanescente da coluna a reconstituir,

até à cota definida no Projecto, com os parâmetros utilizados para as colunas de Jet Grouting

com Ø1500mm de diâmetro.

Tendo em consideração o incidente ocorrido na zona de montante da Doca, este veio confirmar a

importância de um eficaz confinamento da Doca, assim propôs-se o reforço da estrutura de fecho da

mesma, especialmente com o objectivo de minimizar o risco associado à eventual fuga de material

lodoso do interior para a zona exterior, onde estavam a decorrer os trabalhos de construção do novo

cais. Assim, optou-se por redefinir o faseamento construtivo do aterro na zona de tardoz da cortina de

estacas prancha e a execução complementar de colunas de Jet Grouting provisórias (realizadas com

o equipamento colocado sobre uma estrutura metálica provisória), ver figura 89, 90, 91, 92 e Anexo

IV. [21]

Figura 89 - Corte tipo da solução proposta para o reforço das colunas de Jet Grouting, (Adaptado [21]).

88

Figura 92 - Planta da solução proposta para o reforço das colunas de Jet Grouting (Adaptado [21]).

Figura 90 – Realização do reforço das colunas de Jet

Grouting.

Figura 91 – Equipamento utilizado no reforço das colunas de

Jet Grouting.

89

Capítulo 4 Análise Comparativa

4.1 Análise comparativa das soluções alternativas com a solução adoptada

É importante referir a justificação da escolha da solução do tratamento de solos adoptada, uma

vez que foram analisadas soluções alternativas.

Existem várias hipóteses para o tratamento de solos, no entanto a escolha tinha que ter em conta

a compatibilização com a futura utilização do aterro no âmbito do projecto do Terminal de Cruzeiros,

excluindo várias técnicas. Será mencionada com maior ênfase a opção de tratamento de solos

através de colunas Jet Grouting em substituição da consolidação forçada dos lodos existentes no

interior da Doca do Jardim do Tabaco induzida através da execução de colunas de brita, analisada

inicialmente.

A ideia inicial era tratar o solo através de colunas de brita, de forma a consolidar os lodos. Esta

técnica é realizada por vibrosubstituição. Esta consiste na introdução no solo, até uma determinada

profundidade (inferior a 35 metros), de uma agulha vibratória que durante a sua retirada (lenta)

transmite, por vibração, o efeito de compactação ao solo. Associa-se ao efeito vibratório o recurso a

jactos de água sob pressão, facilitando a introdução da agulha e aumentando a eficiência da

compactação, de seguida é adicionada a brita, formando colunas de brita geralmente com Ø800 a

1000 milímetros, ver figura 93. É permitida a drenagem e a compactação [23]. Na figura 94 observa-

se o aspecto visual de uma coluna de brita, em corte e em planta. [24]

Através de modelos de cálculo (utilizando um programa de elementos finitos) verificou-se que os

fenómenos de consolidação dos lodos existente no interior da Doca induziam aumentos de esforços e

deformações significativas ao nível das microestacas de recalcamento dos muros, previamente ao

inicio dos trabalhos. Este fenómeno acontece devido aos assentamentos mobilizados. Na figura 95

apresenta-se a comparação entre algumas técnicas de tratamento de solo, onde é possível

compreender o que acontece com as que apresentam consolidação forçada dos solos e as que não

produzem esse fenómeno. [24]

Figura 93 - Faseamento da técnica de

vibrosubstituição - colunas de brita. [1]

Figura 94 - Corte e planta de uma coluna de

brita. [1]

90

Figura 95 – Comparação do tempo de

assentamento entre as técnicas de tratamento de

solos mais utilizadas. [1]

Figura 96 –

Diagramas de esforços

axiais (820,3 KN –

máximo) sentidas pelas

microestacas de

recalçamento do muro

quando sujeitas aos

assentamentos

provocados pelas

colunas de brita. [24]

O incremento de esforço axial sentido pelas microestacas de recalçamento do muro, seria

necessário um aumento das microestacas do alinhamento frontal do muro (aproximadamente de 30

%), ver figura 96 e 97. [24]

Este não é o único aspecto relevante a concluir relativamente às consequências provocadas

pelas colunas de brita. Os assentamentos provenientes da consolidação dos lodos iriam ainda

provocar deformações significativas nos armazéns existentes na envolvente e a necessidade de

recalçamento da conduta da EPAL. As intervenções propostas teriam como intuito salvaguardar o

funcionamento da conduta, independentemente do estado de consolidação dos lodos da Doca e

consequentemente dos assentamentos que viessem a ser registados. No recalcamento dos

armazéns, não estava pensada a manutenção dos pavimentos existentes, mas no final da

consolidação poderia existir necessidade de reposição dos mesmos. Apenas estava previsto o

recalçamento dos elementos estruturais, logo seria também necessário contabilizar os custos de

manutenção do pavimento. [24]

Outra preocupação com a utilização de vibrosubstituição refere-se à proximidade das estruturas

do metropolitano de Lisboa (Linha Azul entre a estação do Terreiro do Paço e a estação de Santa

Apolónia e um poço de ventilação) da Doca. [24]

O objectivo final da Doca será a execução do Terminal do Cruzeiro de Santa Apolónia (TCSA),

existindo, em simultâneo, pisos elevados com serviços diversos.

Os elementos estruturais dos pisos elevados são um condicionamento à solução a adoptar, isto

é, o projecto de tratamento de solos de fundação a executar teria que apresentar flexibilidade, sendo

de imediato excluída a hipótese de estacas moldadas e cravadas, uma vez que esta solução não

permitiria uma fácil furação ou escavação das mesmas. Apenas numa fase posterior, quando fosse

realizado o projecto de fundações do TCSA seria possível prever a execução de estacas.

Figura 97 -

Diagramas de

deslocamentos (228,6

mm) sentidos pelas

microestacas de

recalçamento do muro

quando sujeitas aos

assentamentos

provocados pelas

colunas de brita. [24]

91

Teria sido interessante ter-se planeado com antecedência os vários projectos de forma a evitar

construir uma solução de tratamento de solos, destruir parte dessa solução para voltar a construir as

fundações do TCSA.

Após uma análise dos diversos métodos de tratamento de solos de fundação verificou-se que as

soluções compatíveis com o objectivo proposto seriam, CSM-“Cutter Soil Mixing” ou colunas de Jet

Grouting, e as colunas de brita, foi excluída por motivos anteriormente mencionados. [26]

A tecnologia CSM-“Cutter Soil Mixing” consiste na mistura mecânica entre o ligante, em geral

cimento, e o solo. A ferramenta de furação, corte e mistura é semelhante à tecnologia adoptada na

execução de paredes moldadas com recurso a hidrofresa (composta por duas rodas de corte). Assim

comparativamente com as restantes tecnologias de tratamento de solos é bastante versátil, uma vez

que é utilizada em praticamente todos os tipos de solos e a maciços rochosos com grau de alteração

não inferior a W4. Apresenta alguns inconvenientes, tais como: estabilidade da mistura localizada

acima da ferramenta de furação, corte e mistura; as características finais da mistura, resistência à

compressão e módulo de deformabilidade, como nas colunas de Jet Grouting são difíceis de avaliar;

a homogeneidade da mistura final é difícil de prever. Na figura 98 é possível observar o aspecto final

de um painel de solo-cimento. [26]

Figura 98 - Vista de um painel após ensaio de arrancamento e das ferramentas de corte e mistura. [1]

As principais vantagens deste método são semelhantes às da técnica Jet Grouting. Devem

destacar-se as seguintes vantagens em comum: [26]

O solo é tratado “in-situ”, sem que seja necessário remover, associando esta característica ao

processo mecânico de mistura é possível adicionar ao ligante outros materiais ou

substâncias, fazendo com que seja possível aumentar a resistência do solo e

descontaminação do mesmo;

Tendo em consideração o sistema mecânico da técnica, o refluxo produzido é reduzido, o

que torna a solução benéfica no custo;

Os reduzidos assentamentos e vibrações sentidas pelas estruturas e infraestruturas vizinhas;

O elevado rendimento da técnico, determinado pela capacidade de furação, corte e mistura

do equipamento;

92

Os equipamentos utilizados dispõem de dispositivos de controlo de execução muito

sofisticados. No entanto este aspecto também pode ser uma desvantagem, uma vez que são

equipamentos de grandes dimensões e pesados.

Foram realizados os cálculos justificativos para as duas soluções, verificou-se que os valores dos

deslocamentos verticais eram idênticos. No modelo dos painéis de solo-cimento concluiu-se que os

assentamentos seriam da ordem dos 80 milímetros, este valor de assentamento era mobilizado ao

longo da fase construtiva, possível de correcção nessa mesma altura. Quanto às colunas solo-

cimento obtiveram-se assentamentos verticais de aproximadamente 70 milímetros, este valor seria

igualmente possível de recuperar na fase construtiva, através do renivelamento do coroamento do

aterro.

Estes valores resultaram de uma análise num programa em elementos finitos, onde foi possível

representar os vários tipos de solo e a sua interacção com as colunas, assim como simular o

funcionamento da plataforma de transferência de cargas (LTP). [1]

Ao analisar as duas hipóteses concluiu-se que seriam teoricamente equivalentes, por motivos

“político/administrativos” optou-se pelas colunas de Jet Grouting.

Tendo em consideração o que foi referido no capítulo 3, as colunas de Jet Grouting são uma

hipótese que torna possível a compatibilidade e flexibilidade com todas as soluções que venham a

ser adoptados para a construção estruturas e superestruturas do Terminal de Cruzeiros de Santa

Apolónia, assim como se trata de uma técnica que permite a minimização dos riscos para as

estruturas e infraestruturas vizinhas. Através desta técnica foi possível realizar tratamento de solos de

fundação e em simultâneo não condicionar a ocupação futura dos terrenos em causa. [1]

93

Capítulo 5 Considerações finais

5.1. Conclusões

A técnica de tratamento de solos – Jet Gouting tem-se desenvolvido significativamente, nos

últimos anos, em Portugal. A evolução da técnica reflecte-se num maior número de obras

geotécnicas, onde as propriedades do solo são fracas para os objectivos da Engenharia Civil, como

por exemplo o aterro do cais do Jardim do Tabaco e o Metropolitano de Lisboa.

Na presente dissertação abordaram-se várias técnicas de tratamento de solos, de forma a

apresentar a aplicabilidade de cada técnica. A técnica de tratamento de solos Jet Grouting foi o

elemento fundamental na realização da dissertação. Exemplificaram-se os vários campos de

aplicação, tais como: em reforço de fundações; cortinas impermeabilizantes; paredes de contenção;

fundação de pontes entre outros. Abordaram-se ainda os vários tipos de sistemas de Jet possíveis de

aplicar, tendo em consideração o tipo de solo e os objectivos pretendidos com os elementos de Jet

Grouting.

Após um estudo mais aprofundado da técnica conclui-se que esta apresenta uma elevada

versatilidade, podendo ser aplicada em qualquer tipo de solos e em diversas situações.

A técnica Jet Grouting está, contudo, dependente de diversos factores, para que o resultado final

seja o pretendido, entre os quais se destaca as características do solo, os parâmetros de execução

do Jet Grouting, bem como o objectivo da sua execução. De forma a seleccionar o sistema de Jet

Grouting mais adequado e definir os parâmetros ideais, é necessário reunir toda a informação

geotécnica. Efectuam-se assim colunas teste em obra, com o intuito de validar o que está definido em

projecto. Neste contexto foi concedida a maior importância ao controlo de qualidade na fase

executiva.

Na realização deste trabalho houve oportunidade de acompanhar um caso real de aplicação da

técnica para melhor se compreender a técnica de Jet Grouitng. O caso estudado foi o tratamento de

solos de fundação da Doca do cais de Santa Apolónia. Efectuou-se também um controlo de qualidade

exigente, bem como uma análise rigorosa dos resultados obtidos pela instrumentação instalada no

aterro da Doca.

Ao longo do aterro da Doca, realizaram-se colunas teste, de forma a avaliar o aspecto visual e

proceder à recolha de provetes para realizar ensaios de compressão simples em laboratório,

determinando-se assim a tensão de rotura do solo-cimento (3,7 [MPa]) e a deformabilidade (0,5

[GPa]). Além das colunas teste realizadas para aferir o diâmetro e os parâmetros de injecção, foi

efectuado, apenas, mais um ensaio em Fevereiro, uma vez que os trabalhos de Jet Grouting

estiveram suspensos. Os resultados obtidos nesse ensaio apresentaram os valores de tensão de

rotura e de deformabilidade superiores aos definidos em projecto.

Através da instrumentação instalada na Doca (até à finalização deste trabalho estavam

instaladas seis alvo topográficos e quatro marcas topográficos), pode determinar-se patologias

existentes na Doca. Posteriormente foram colocados quatro células de carga, oito extensómetros

localizados na zona central da Doca, onde a espessura dos Lodos é maior e mais seis alvos

94

topográficos. A melhor solução para encontrar situações indesejáveis neste tipo de obras é feita

através da análise dos deslocamentos obtidos.

A realização deste estudo permitiu compreender o funcionamento de uma obra e o quanto o

controlo de qualidade, bem como a instrumentação são elementos de elevada importância em obras

geotécnicas.

Comparando diversas soluções possíveis, com a solução adoptada no tratamento da fundação

do aterro do Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia, concluiu-se que a técnica Jet Grouting seria

uma das mais indicadas, tendo em conta objectivos pretendidos. Se o projecto estrutural dos edifícios

do TCSA estivesse terminado, a execução de microestacas incorporadas no Jet, para cargas médias,

poderia ter sido uma solução possível. No caso de cargas elevadas as estacas cravadas seriam uma

hipótese a ter em consideração.

Uma contribuição para evolução na área da Engenharia Civil poderá estar no planeamento

antecipado e compatibilização dos vários projectos, de forma a evitar que se construa para, pouco

depois, destruir.

5.2. Desenvolvimentos Futuros

O desenvolvimento da técnica Jet Grouting poderá melhorar com a evolução do software de

controlo de furação e injecção (Jean Lutz) e ao desenvolvimento de instrumentação. Como se

concluiu anteriormente, o controlo de qualidade e a instrumentação são factores de elevada

importância e será pelo aperfeiçoamento dos mesmos que a técnica de tratamento de solos – Jet

Grouting se pode desenvolver.

A modelação numérica, aliada a uma boa análise crítica de resultados pode ser uma ferramenta

importante para uma melhor compreensão do funcionamento das colunas de Jet Grouting. Através da

modelação é possível interpretar sobre a interacção solo-estrutura que de outra forma não se

consegue.

Outro aspecto relevante nas obras geotécnicas diz respeito ao estudo e aplicação de soluções

alternativas. Neste caso, a tecnologia CSM poderia ter sido uma solução igualmente interessante do

ponto de vista técnico e económico. A realização de cálculos aproximados e modulação da solução

de colunas e brita seria bastante relevante de forma a comparar com os cálculos já efectuados de

colunas de Jet Grouting.

95

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de fecho da doca, Projecto de execução. Memória descritiva e justificativa. Lisboa : JetSJ -

Geotecnia, 2009;

[22]. JetSJ-Geotecnia. Reparação da rotura localizada do aterro e revisão da solução

de fecho da doca, Projecto de execução. Cálculo justificativo. Lisboa : JetSJ - Geotecnia,

2009.;

[23]. Bergado, D., Miura, N. e Balasubaramaniam, A. Vibroflotation technique. Soft

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[24]. JetSJ-Geotecnia. Influência da consolidação forçada dos lodos da Doca, através

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técnica. Lisboa : JetSJ - Geotecnia, 2009;

[25]. Jet Grouting. Bilfinger Berger Foundations. [Online] [Citação: 30 de Junho de 2010.]

http://www.spezialtiefbau.bilfingerberger.de/C1257130005050D5/vwContentByKey/N276DL8

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[26]. Lopes, Pedro. Projecto Geotécnico – Execução de fundações profundas “A tecnologia

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Anexos

Técnica de tratamento de solos Jet Grouting · Grouting, efectuou-se o acompanhamento da Obra do...

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