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1/133Fundações Indirectas por Microestacas e Jet Grouting
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• Introdução: condições de aplicação
Mi t t i i ité i d
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• Microestacas: materiais e critérios de concepção
• Corpos de Jet Grouting: campos de aplicação, materiais e critérios de concepção
• Análise comparativa das duas técnicas
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Soluções de fundações por microestacas e colunas de jet grouting
Condições de aplicação:4Cargas axiais de médio a baixo
valor
4Condições de acessibilidade
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Condições de acessibilidade condicionadas
4Versatilidade de equipamento e limitação de ruídos e vibrações
4Furação de pequeno diâmetro com reduzida perturbação do solo
4Boa resistência à tracção devido à mobilização de atrito lateral
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Fundações por microestacas - definições
Execução: elementos metálicos esbeltos (tubos ocos em aço com fsyd>460MPa e ∅ext<180mm ou perfis tipo HEB 120 a 160), colocados e selados/confinados no i i d i é d i d
Transmissão de carga ao terreno (NSPT> 40): essencialmente por atrito lateral.
Microestacas:
Tipo de injecção: injecção sem i (IRS IGU) õ
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interior do maciço através de sistemas de furação e injecção apropriados.
impacto (IRS ou IGU) a pressões superiores a 1 MPa
Norma: EN 14 199, Execution of Special Geotechnical Works - Micropiles
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Fundações por microestacas
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Métodos de selagem – EN 14 199
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Injecção preenchimento s/ pressão
Injecção de preenchimento com revestimento
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Métodos de selagem – EN 14 199
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Injecção preenchimento c/ pressão Injecção geral uniforme (IGU)
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Métodos de selagem – EN 14 199
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Injecção repetida selectiva (IRS) Injecção multi - tubo
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Sobre-espessura para compensação da corrosão – EN 14 199
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Aços – Relações constitutivas: Tensão / Extensão
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Aços – Tipos e Qualidade: EC3, EN 10025 e EN 10113
11/133fy – tensão de cedência; fu – tensão de rotura à tracção; 1 N/mm2 = 1MPa
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Aços de construção – Tipos e Qualidade: EN 10025 e EN 10027-1
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Aços com elevada elasticidade e elevada tenacidade –Tipos e Qualidade: EN 10025 e EN 10027-1
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Aços – Propriedades Mecânicas: EC3
Módulo Elasticidade: E=210 GPa
Módulo Distorção: G=E/[2(1+ν)]
Coeficiente Poisson: ν=0,30
σ
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Peso Específico: γ = 78,5 kN/m3
Coef. Dilatação Térmica Linear: α = 12x10-6 / ºc
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Aços – Propriedades Fundamentais
Resistência: tensão última e tensão de cedência
Ductilidade: cap. de absorção de deformações
rotura
ε
σ
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plásticas (resilência)
ε
roturaσ
A ductilidade é uma característica dos aços que está relacionada com a tenacidade: capacidade de prevenção da ocorrência de rotura frágilR
otur
a fr
ágil
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Aços – Propriedades Fundamentais
Temperatura de transição: separa os domínios de comportamento frágil e dúctil do aço medida através do ensaio de impacto de Charpy ou
Tenacidade: capacidade de resistir à propagação de fendas sob tensão de tracção, sendo medida através do ensaio de impacto de Charpy ou resiliência (NP 262), corresponde a uma energia absorvida de 21 Joules
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e dúctil do aço, medida através do ensaio de impacto de Charpy ou resiliência (NP 262), corresponde a uma energia absorvida de 21 Joules
Rotura frágil – principais factores:• Baixas temperaturas, para melhorar este condicionamento os aços podem
ser tratados térmicamente por recozimento (“annealing”)• Concentrações de tensões, p. ex: estados de tensão triaxial em soldaduras• Composição e defeitos do material• Elevadas velocidades de deformação.
Tratamento térmico por recozimento: permite a diminuição da temperatura de transição, tornando o aço menos resistente, mas mais dúctil
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Aços – Propriedades Fundamentais
Absorção de energia Frágil Dúctil
21 Joules E i d Ch
Choque
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Temperatura
21 Joules
Tem
pera
tura
de
tran
siçã
oInicio e propagação fácil de fendas
Propagação de fendas difícil
Ensaio de Charpy
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Classificação dos aços por qualidades: EC3 e EN 10025
Qualidades: A, B, C, D e DD, consoante as suas características de fragilidade, medidas em ensaio de resiliência – ensaios de choque CHARPY (NP 262). De acordo com este ensaio, um provete com secção quadrada de 1cm2 e com um entalhe em “V” é submetido ao impacto de um pêndulo. A energia absorvida, valor de energia de “Charpy”, ao fracturar o provete, é determinada a partir d dif d l d d l d d d i d i
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das diferenças de altura do pêndulo antes da queda e depois do impacto
• Qualidade A: aço de baixa qualidade. Por exemplo para o aço Fe 360 A não é especificado o valor mínimo da energia de rotura
• Qualidade B: aço de média qualidade em termos de tenacidade e ductilidade
• Qualidade C: aço de média a alta qualidade em termos de tenacidade e ductilidade
• Qualidade D: aço de alta qualidade em termos de tenacidade e ductilidade
• Qualidade DD: aço de muita alta qualidade em termos de tenacidade e ductilidade
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19/139Aços – Tenacidade / Prevenção de Rotura FrágilEspessuras máximas: EC3, EN 10025 e EN 10113 (1/2)
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20/139Aços – Tenacidade / Prevenção de Rotura Frágil
Espessuras máximas: EC3, EN 10025 e EN 10113 (2/2)
Nos casos correntes de elementos sujeitos a acções estáticas ou de fadiga, excluindo o impacto, não é necessário realizar verificações adicionais em relação à rotura frágil desde que se verifiquem as condições indicadas nesta tabela
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Microestacas - tubos N80: secções correntes, fyd=560MPa φext [mm] Esp.[mm] A [cm2] I [cm4] i [cm] w
[cm3] MRd [kNm] NRd[kNm] VRd [kN]
88,9 6,5 16,83 1,44E+02 2,92 32,31 16,5 856,6 315,0
88,9 7,5 19,18 1,60E+02 2,89 36,02 18,3 976,4 359,1
88,9 9,5 23,70 1,89E+02 2,83 42,59 21,7 1206,4 443,7
101,6 9,0 26,18 2,83E+02 3,29 55,74 28,4 1332,9 490,2
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101,6 9,0 26,18 2,83E 02 3,29 55,74 28,4 1332,9 490,2
114,3 7,0 23,60 3,41E+02 3,80 59,64 30,4 1201,3 441,8
114,3 9,0 29,77 4,16E+02 3,74 72,70 37,0 1515,7 557,4
127,0 9,0 33,36 5,84E+02 4,18 91,83 46,8 1698,5 624,6
139,7 9,0 36,95 7,93E+02 4,63 113,45 57,8 1881,3 691,9
177,8 9,0 47,73 1,71E+02 5,98 191,66 97,6 2429,7 893,5
177,8 10,0 52,72 1,86E+02 5,94 209,34 106,6 2683,7 986,9
177,8 11,5 60,08 2,09E+02 5,89 234,63 119,4 3058,7 1124,8
MRd = w fyd / 1,1; NRd = A fyd / 1,1; VRd = Av fyd / (1,1 x 3 ), acções majoradas – E.L.ÚltimosEC3 – Conceito de estados limites, secções de classe 1: cálculo plástico
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Microestacas - tubo N80: secções correntes, fyd=560MPa φext [mm] Esp.[mm] A [cm2] I [cm4] i [cm] w
[cm3] NRd [kN]
88,9 6,5 16,83 1,44E+02 2,92 32,31 460,0
88,9 7,5 19,18 1,60E+02 2,89 36,02 520,0
88,9 9,5 23,70 1,89E+02 2,83 42,59 670,0
101 6 9 0 26 18 2 83E+02 3 29 55 74 720 0
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101,6 9,0 26,18 2,83E+02 3,29 55,74 720,0
114,3 7,0 23,60 3,41E+02 3,80 59,64 660,0
114,3 9,0 29,77 4,16E+02 3,74 72,70 830,0
127,0 9,0 33,36 5,84E+02 4,18 91,83 940,0
139,7 9,0 36,95 7,93E+02 4,63 113,45 1060,0
177,8 9,0 47,73 1,71E+02 5,98 191,66 1350,0
177,8 10,0 52,72 1,86E+02 5,94 209,34 1490,0
177,8 11,5 60,08 2,09E+02 5,89 234,63 1700,0
NRd = A fyd / FS (com FS = 1, 7 a 1,8) – Conceito de factor de segurança global aplicado do lado da resistência: acções com valores de serviço
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Microestacas - tubo N80: Norma API 5A
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24/139Microestacas – solução com varões tipo GEWI
Armadura do maciço
Chapa e porca
Protecção da cabeça
Espaçador
Armadura do maciço
Chapa e porca
Bainha corrugada
Espaçador
Diâmetro A [cm2] Frot [kN]32mm 8,04 44240mm 12,57 69150mm 19,63 1080
63,5mm 31,67 2217
Solução univarão
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Protecção simples contra a corrosão
Protecção dupla contra a corrosão
Conector
Varão
Calda de cimentoDiâmetro A [cm2] Frot [kN]
3x32mm 24,12 13273x40mm 37,70 20742x50mm 39,27 21603x50mm 58,90 3240
Solução multivarão
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Microestacas – barras GEWI: secções correntes
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Microestacas – Auto perfurantes
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Microestacas – Auto perfurantes
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28/139Microestacas – Auto perfurantes
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Microestacas – Auto perfurantes: secções tipo
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Microestacas – Auto perfurantes
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31/139Microestacas – Auto perfurantes
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Microestacas como ele. de fundação - Concepção
E.L. Último de Resistência Estrutural:Compressão: Nsd < NRd, quando justificável deverá incluir a
ifi d d
Devem ser dimensionadas apenas para esforços axiais, os quais são transmitidos ao terreno essencialmente por atrito lateral
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E.L.Ultimo de Capacidade de Carga do Terreno (método de Bustamante):
Atrito lateral: LS > NxF.S. / (πxαx∅xτc-s)
sd Rdverificação da encurvadura
E.L.Utilização: deformação axial (ver estacas)
Tracção: Nsd < NRd
F.S.Tracção Prov. 2,0Tracção Defin. 2,2
Compr. Defin. 2,0Compr. Prov. 1,8
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Microestacas como ele. de fundação - ConcepçãoMétodo de Bustamante - tensão tangencial calda / solo τc-s: ábacos orientativos
Argilas e Siltes Areias e Seixosτc-s [kPa] τc-s [kPa]
33/133NSPT
100
200
300
400
010 20 30 400
IRS
IGU
NSPT
100
200
300
400
020 40 60 800
IRS
IGU
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Microestacas como ele. de fundação - ConcepçãoMétodo de Bustamante - tensão tangencial calda / solo τc-s: ábacos orientativos
Margas e Calcário Margoso Rocha Alterada e Fragmentadaτc-s [kPa] τc-s [kPa]
34/133NSPT
100
200
300
400
020 40 60 800
IRS
IGU
NSPT
100
200
300
400
020 40 60 800
IRS
IGU
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Microestacas como ele. de fundação - ConcepçãoMétodo de Bustamante - coeficiente de dilatação α (microestacas, ancoragens)
Terreno Injecção IRS - α Injecção IGU - α
SeixoSeixo arenosoAreia com seixo
1,81,6 a 1,81 5 1 6
1,3 a 1,41,2 a 1,41 2 1 3
35/133
Areia com seixoAreiaSilteArgilaMargaCalcário margosoGrés alterado ou fragmentadoRocha alterada ou fragmentada
1,5 a 1,61,4 a 1,51,4 a 1,61,8 a 2,0
1,8
1,81,8
1,2 a 1,31,1 a 1,21,1 a 1,21,2
1,1 a 1,2
1,1 a 1,21,1 a 1,2
1,2 1,1
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Fundações por corpos de jet grouting - definiçõesCorpos de jet grouting:Execução: injecção de calda de cimento através do impacto, resul-tante do jacto provocado pela trans-formação da energia potencial de bombagem da calda em energia
Transmissão de carga ao terreno (NSPT < 30): essencialmente por atrito lateral, mas também por ponta a tensões baixas, tipo pegão (σc<2MPa).
Tipo de injecção: jacteamento provocando i õ d 20 40 MP
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bombagem da calda em energia cinética. Permitindo assim a criação de corpos no interior do maciço sem qualquer escavação prévia.
impacto a pressões de 20 a 40 MPa, permitindo a desagregação do solo “in-situ” e a sua substituição por uma mistura de solo remexido e calda de cimento.
Norma: EN 12 716, Execution of Special Geotechnical Works – Jet Grouting
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Jet Grouting - Tecnologia: principais conceitos
Realização de corpos sólidos e pouco permeáveis a partir do solo natural, pré-existente no local
Elevada energia cinética que provoca o corte e a desagregação prévia da estrutura do solo
l
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natural
Mistura íntima do solo natural com a calda até uma distância do bico injector em que a referida energia é praticamente dissipada pela resistência passiva que o solo opõe ao efeito difusor do jacto
Formação do novo material, solo cimentado, dotado de muito maior resistência mecânica e tão pouco permeável como o betão
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Jet Grouting - Tecnologia: parâmetros de execução
4 Parâmetros:
b pressão e caudal do cimento
b número e diâmetro dos bicos de injecção t 1
Bico de injecção
38/133
b relação A/C
b velocidade de subida e rotação da vara
b pressão e caudal do ar comprimido
b pressão e caudal da água
b número e diâmetro dos bicos de injecção de água
Jet
Jet 2
Jet 3
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Jet Grouting - Tecnologia: tipos e permeabilidade (i)4Tipo de jet grouting: 1, 2 ou 3
4Jet tipo 1 - simples:binjecção de cimento
4J t ti 2 d l20
30
Solos incoerentesN SPT
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4Jet tipo 2 - duplo:binjecção de ar e cimento
4Jet tipo 3 - triplo:binjecção de ar, água e
cimento 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50,0 φ (m)
10
0
4Permeabilidade
bBaixa: 1x10-8 a 1x10-11 m/s - condicionada pela geometria das colunas
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Jet Grouting - Tecnologia: tipos e permeabilidade (ii)
40/133Jet tipo 1 – simples Jet tipo 2 – duplo Jet tipo 3 – triplo
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Jet Grouting - Tecnologia: tipos e permeabilidade (iii)
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Jet tipo 1 – simples Jet tipo 2 – duplo
Jet tipo 3 – triplo
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Jet Grouting – Parâmetros de Execução e Diâmetros Máximos
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P [kw] = μ2 x p x Q [MPa] / 60 - Potência Hidráulica de erosão do terreno
Q – caudal ou débito de calda [l/min]
p – pressão de injecção [MPa]
μ – coeficiente de eficiência, inferior à unidade pois a potência do jet é inferior à da bombagem
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Jet Grouting –Desagregação do solo
Facilidade de desagregação Areias, seixos
e cascalhos
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Dificuldade de desagregação
Argilas muito plásticas
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Jet Grouting – Parâmetros de Execução (i)
E [MJ/m] = 0,5 m v2, Energia Cinética
E [MJ/m] = p x Q x T = p x Q / V, Energia Potencial
Energia do jet
Energia do jet
Erosão
P â
44/133
Q – caudal ou débito calda [l/min] p – pressão de injecção [MPa]V – velocidade da subida [cm/min]T – tempo de estação = 1/V [s/cm]P – potência hidráulica de erosão = p x Q / 60 [kw]
Parâmetros
Exemplo: p = 40 MPa, V = 10 cm/min, T = 24 /4 s/cm e Q = 150 l/minP = 40MPa x 150l/min / 60s = 100 kw (potência)E = 100kw x 100cm / 4cm x 24seg /1000 = 60 MJ/m (energia potencial para 1m coluna)
Unidades de energia: 1 wh = 3600 J Unidades de potência: 1 w = 1 J/ s
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Jet Grouting – Parâmetros de Execução (ii)
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Jet Grouting – Parâmetros de Execução (iii): Jet 1 e Jet 2
Diâmetro da coluna
Volume da coluna
Volume de solo misturado com calda - S
+Q - caudal Volume de calda
46/133
Qou débito de
caldax
T - tempo de estação
V – velocidade de subida
Volume de calda misturado com solo – G
=Substituição do solo por
calda
G = / (S + G)
Nota: no sistema de jet2, admite-se que o ar é expulso e não contribui para a realização da coluna
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eiro
(Jet
3)
47/133
Jet G
rout
ing
–E
stal
e
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Jet Grouting - Tecnologia: corpos mais correntes (i)
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Jet Grouting - Tecnologia: corpos mais correntes (ii)
C ti t
Perfil metálicoPerfil
metálico
49/133Fundação por atrito lateral
Fundação por pontaCortina estanque
Painéis
Solução mista: painéis e colunas
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50/139
tilid
ade
de
ação
50/133
Jet G
rout
ing
–ve
rsat
equi
pam
ento
s de
fura
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Jet Grouting associado a Microestacas – Auto perfurantes
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52/139
Jet Grouting - Tecnologia: nº bicos e inclinação do jacto
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Solução convencional: 1 bico e jacto horizontal
Solução colisão: 2 bicos e jactos sub-horizontais que colidem entre si
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Jet Grouting - Tecnologia: solução com colisão de jactos (i)
53/133Solução colisão: permite aumentar o impacto do jacto e, por conseguinte, a geometria do corpo
Jet Grouting Jet Grouting combinado com deep mixing
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Jet Grouting - Tecnologia: solução com colisão de jactos (ii)
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Incremento de área de colunas devido à utilização do sistema de colisão
10
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Jet Grouting - Tecnologia: solução com colisão de jactos (iii)
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Super Jet: incremento do diâmetro das colunas até 5m, devido à combinação da utilização do sistema de colisão com a utilização de bicos injectores de grande diâmetro (sup. a 5mm) e muito altas pressões de injecção (sup. a 800 bar – 80 MPa) e muito alto caudal
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56/139EFEITOS PRODUZIDOS PELA TECNOLOGIA DE JET – GROUTING NO INTERIOR DO CORPO TRATADO
Desagregação da estrutura existente do solo;
Alta turbulência no interior desse volume;
Adensamento hidráulico (óptima ocupação dos vazios pré-existentes entre as partículas do solo)
Intima mistura das partículas do solo desagregado com a calda de cimento, dando l à f ã d t i l l
56/133
lugar à formação de um novo material – solo cimentado – que depois de produzida a presa resultará dotado de características mecânicas e hidráulicas bastante superiores às do solo pré-existente;
Incorporação na coluna durante a sua formação de camadas de material rochoso ou pedregoso
Superfície de contorno da coluna executada bem definida e em geral muito rugosa
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57/139EFEITOS PRODUZIDOS PELO PROCESSO DE JET – GROUTING NO EXTERIOR DO CORPO TRATADO
Inexistência de transferência de pressões para o terreno fora do raio de acção do jacto
Ausência de fracturação hidráulica do terreno
Efeito de parede: continuidade em colunas contíguas.
Consolidação secundária em argilas produzido por efeito térmico durante a presa.
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58/139EFEITOS INDESEJÁVEIS DA TECNOLOGIA DE JET GROUTING: COMO TENTAR EVITÁ-LOS OU MANTÊ-LOS SOB CONTROLE
Risco de levantamento do terreno:
Assegurar a continuidade do regime hidráulico de livre saída do refluxo
a)Caudal bombado (evitar altos caudais)
b)Secção de retorno (espaço anelar)
c)Viscosidade do fluido
58/133
Furos de alívio
Importância da instrumentação e da observação
Risco de assentamento do terreno
Adequada sequência de execução
Importância da instrumentação e da observação
Agressividade química do terreno
Selecção do tipo e dosagem de cimento
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Solos orgânicos de alta acidez (ph < 5)
Solos argilosos muito compactos ou rochas
Jet Grouting - Tecnologia: limites para aplicação eficaz
59/133
p
Solos de granulometria elevada, sem finos, especialmente quando saturados
Solos muito heterogéneos, com grandes descontinuidades e vazios, principalmente com fluxo de água intersticial, que pode impedir a estabilização da calda de cimento.
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Jet Grouting – Problemas geométricos: efeito de sombra (i)
60/133Janela
Singularidade
11
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Jet Grouting – Problemas geométricos: efeito de sombra (ii)
61/133Efeito de sombra na execução de colunas adjacentes a estacas prancha
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Efeito de sombra em areias com calhausAreias com
calhaus
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Estacas
Colunas de jet grouting
Argilas de Aveiro
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Jet Grouting - Tecnologia: condições e campos de aplicaçãoAs principais condições que justificam o tratamento do solo com ”jet grouting” são:
Ser excessivamente permeável e, portanto, inadequado para impedir indesejáveis circulações da água subterrânea
Dispor de uma resistência insuficiente para suportar uma alteração do respectivo estado de tensões, por incremento (capacidade de carga) ou por alívio (escavação)
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Jet Grouting
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Jet Grouting - Tecnologia: campos de aplicação
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Jet Grouting – Campos de Aplicação
Anc
orag
em
Emboquilhamento Tratamento
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Contenção
Cor
tina
Cortina Barreira
Aterro sanitário
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Jet Grouting – Campos de Aplicação
Cortina
Tratamento selectivo
Areia
LodoLodoLodoLodo
66/133
Cortina
Poço
s ci
rcul
ares
Coluna Estacas Pregagens
12
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67/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação
to s
67/133
Rec
alça
men
tde
fund
açõe
Contenção Recalce
Túneis
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo
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69/139
de A
plic
ação
: fu
ndo
69/133
Jet G
rout
ing
–C
ampo
s co
nten
ção
e ta
mpã
o de
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo pregado ao terreno vs. tampão de fundo com contra peso
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo pregado ao terreno
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72/139Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo com contra-peso
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13
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos, Reforço da Capacidade de Carga de Fundações
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74/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos
74/133
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos
75/133
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Estabilização Taludes
76/133
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Fundação
Formações aluvionares de matriz areno-siltosa
N=15.000 kN
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Blocos de rocha basáltica
Formações aluvionares consolidadas de matriz
areno-argilosa compacta
-6m
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Fundação e Contenção
78/133
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79/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Escoramentos (i)
79/133
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Escoramentos (ii)
Planta
Laje Escora Contraforte
80/133
Corte
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81/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Cortina de colunas impermeabilizante
81/133
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Jet Grouting – Campos de Aplicação: Cortina de painéis impermeabilizante
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83/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Selagem de paredes moldadas
83/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
84/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
84/133
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85/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
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DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
86/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
86/133
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87/139Jet Grouting - Tecnologia: efeito difusor do jacto
E: fluxo intermitente
A: região inicial
B: região principal
C: região terminal
D: fluxo contínuo
87/133
F: fluxo disperso
d: diâmetro do bico
pi: pressão hidrodinâmica inicial
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Jet Grouting - Tecnologia: perda de energia pela rotação do jacto
cto
Unidireccional Rotacional
Para os mesmos parâmetros, o jacto unidireccional do painel pode ter até cerca do dobro do alcance do jacto rotacional da coluna
88/133
Pain
el: n
ão e
xist
e ro
taçã
o do
ja
Col
una:
exi
ste
rota
ção
do ja
ctodobro do alcance do jacto rotacional da coluna
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89/139ASPECTOS A CONSIDERAR NUMA OBRA DE JET GROUTING (I)
1.Campanha de Prospecção Geotécnica
Perfil geológico (SPT, nível água, etc.)
Caracterização química do solo
Caracterização física do solo
-Granulometria, peso especifico, limites
-Permeabilidade
-Coesão
89/133
2.Projecto de execução
Geometria
Dimensão (ø, comp.)
Características resistentes, dosagem e tipo cimento
3.Determinação dos parâmetros executivos
Método de Jet Grouting (jet1, jet2, jet3)
Parâmetros executivos: (pressão, caudal, ø do bico, tempo,etc.)
Determinação das características mecânicasColunas teste
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90/139
4.Testes Preliminares
Amostra de solo misturada com cimento na proporção estudada e determinação das suas características mecânicas.
5.Campo de ProvasAferição dos parâmetros de concepção:
-Diâmetro, forma, homogeneidade
-Características mecânicas-Ensaios laboratório sobre carotes e/ou refluxoEnsaios de carga
ASPECTOS A CONSIDERAR NUMA OBRA DE JET GROUTING (II)
90/133
-Ensaios de carga6.Controlo de execução
Na calda de cimento- Densidade- Viscosidade aparente
- Resistência à compressão simples uniaxial não confinadaNo refluxo
- Densidade
- Resistência à compressão simples uniaxial não confinadaEm carotes (cuidados especiais na execução, pois trata-se de material de rotura frágil)
Recolha de carotes
16
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91/139
Jet Grouting - Solução de prevenção de liquefacção
Tratamento do solo
i
91/133Antes da liquefacção Durante liquefacção Após liquefacção
previne incremento de pressão
neutra
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Jet Grouting - Tecnologia: relação custo - diâmetro
Custo
92/133
Tendência custo/ml coluna
Tendência custo/m3 coluna
Tendência custo/m2 cortina
Tendência custo/m3
tampão fundoDiâmetro da coluna [m]
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
93/139
Corpos de Jet Grouting como ele. de fundação - Concepção
E.L. Último de Resistência estrutural:
Compressão: σc = N/A+M/w < 2MPa (comb. rara de acções)
∅Tracção: σt =N/A-M/w < 0,3MPa (comb. rara acções)
93/133
E.L.Ultimo de Capacidade de carga do terreno:
Ponta: σc < 2MPa (comb. rara de acções)
Atrito lateral: L > NxF.S. / (πx∅xτc-s), método Bustamante
E.L.Utilização: deformação axial (igual a estacas)
∅
L
τ c-s
σc
ç ( ç )
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
94/139
Corpos de jet grouting como ele. de fundação - ConcepçãoTensão tangencial coluna / solo τc-s: ábacos orientativos
Argilas e Siltes Areias e Seixosτc-s [kPa]
80
τc-s [kPa]
80
94/133NSPT
20
80
05 10 15 200
NSPT
20
40
60
80
05 10 15 200
40
60
Para valores de NSPT superiores a 20 ver microestacas (IRS)
Para valores de NSPT superiores a 20 ver microestacas (IRS)
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
95/139
Jet Grouting - Solução de colunas flutuantes
-2m
95/133
N.F.
Aluvião
Miocénico
-30m
-12m
Colunas teste executadas antes do início dos trabalhos
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
96/139
Jet Grouting - Solução de colunas flutuantes e de ponta
N.F.-2m
96/133
Coluna comprimida
Coluna traccionada (armada com microestaca)
Areias siltosas de dunas
Miocénico
-10m
17
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
97/139
Jet Grouting – Recalçamento sob pé direito reduzido
97/133Novos pilares interiores
Coluna de recalçamento
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
98/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase I
Aterros
- Recalçamento dos pilares existentes
- Execução das funda-ções dos novos pilares
98/133
N.F.
Cascalheiras
Cretácico
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
99/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase II
Aterros
- Execução da escavação
99/133
N.F.
Cascalheiras
Cretácico
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
100/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase III
Aterros
- Execução dos novos pilares e da nova estrutura
100/133
N.F.
Cascalheiras
Cretácico
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
101/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase IV
Aterros
- Demolição dos pilares existentes
101/133
N.F.
Cascalheiras
Cretácico
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
102/139
Jet Grouting – Recalçamento de Reservatórios
N.F.-2m
Orgãos da E.T.A.R.Assent. Unif. = 20cm
102/133
Complexo aluvionar: materiais arenosos e argilosos lodosos
N.F.
-8m
Substrato rochoso de origem granítica
18
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
103/139
Jet Grouting – Recalçamento de Reservatórios
N.F.-2m
Orgãos da E.T.A.R.
103/133
-8m
Colunas de jet
grouting
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
104/139
Jet Grouting - Solução de recalçamento: recolha de refluxo
104/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
105/139Incremento da resistência à flexão através da incorporação de elementos metálicos: efeito de binário
ação
105/133
Larg
ura
da e
scav
a
Cortina de colunas armadas
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
106/139
Jet Grouting – Soluções Geométricas de contenções
106/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
107/139
Jet Grouting – Tampão de Fundo (i)
Esforços de flexão
Última escora
107/133Esquema de distribuição de esforços
Equilíbrio de impulsos
FS = (P + T)/U
Z = (FS x Tmáx) / f
σ1 = (Mmáx/w) – N/A, com N=E
Última escora
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
108/139
Jet Grouting – Tampão de Fundo (ii)
108/133
19
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
109/139
Jet Grouting – Tampão de Fundo (iii)
109/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
110/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Ancoragens e Tampão com Contra - Peso
No dimensionamento das ancoragens há que realizar três verificações:
110/133
E. L. Último de Resistência à Tracção do AçoE. L. Último Capacidade de Carga do Terreno (Coluna – Terreno)E. L. Último de Aderência Aço - Coluna
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
111/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
NFmáx
Cabos de pré-esforço a instalar
Maciço existente
111/133
TM 80 φ88,9x8,5
Aluvião arenoso
Colunas φ1000mm // 0,80m
Bar
reta
s exi
sten
tes
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
112/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
112/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
113/139
Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis
113/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
114/139Jet Grouting – Soluções Geométricas
gula
r
rada
Impermeabilização Impermeabilização
114/133
Dis
trib
uiçã
o em
mal
ha tr
iang
Dis
trib
uiçã
o em
mal
ha q
uadr
Reforço / consolidação Reforço / consolidação
20
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
115/139
Jet Grouting – Calibração e Validação: corpos teste
115/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
116/139
Corpos de Jet Grouting – Controlo de Execução
116/133
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
117/139Corpos de Jet Grouting – Controlo de ExecuçãoVA m/h
MT bar
PE bar
VR rpm
Pa bar
DAr l/s
PAr bar
3
2
1
150 300 0 60 120 0 25 50 0 50 100 0 7.5 15 2000 100 0 10 20
VA - velocidade de avanço
MT - tensão de torção
PARÂMETROS DE CONTROLO
0
117/133
7
6
5
4
torção
PE - tensão axial
VR - velocidade de rotação
Pa - pressão água
DAr - débito ar
PAr - pressão arAvan
ço d
esce
nden
te
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
118/139Corpos de Jet Grouting – Controlo de ExecuçãoTE J seg
PC J bar
DC J l/min
0
3
2
1
Par J bar
Dar J l/s
VR J rpm
Vol l/m
6 12 0 400 800 0 200 400 0 10 20 0 100 200 0 15 30 0 400 800
TE J - tempo de estação (jet)
PC J - pressão de injecção (jet)
PARÂMETROS DE CONTROLO
118/133
7
6
5
4
Avan
ço a
scen
dent
e
injecção (jet)DC J - débito calda (jet)
PAr J - pressão ar (jet)
DAr J - débito ar (jet)
VR J - velocidade rotação (jet)
Vol - volume calda
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119/139
Jet Grouting -Tecnologia: Características Mecânicas (I)
x10-1 MPa900 kg/m3
Dosagem cimento
500 kg/m3
350 kg/m3 Faix
a us
ual
C – ArgilaCM – Argila siltosa
119/133
Gráfico indicativo
200 kg/m3
MC – Silte argilosoM – SilteMS – Silte arenosoSM – Areia siltosaS – AreiaSG – Seixo
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120/139
Jet Grouting – Características Mecânicas (II)
Resistência à compressão [MPa] Betão
120/133Gráfico indicativo Dosagem cimento [kg/m3]
Areia
Silte
Argila
Solo orgânico
21
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121/139
Rel
ação
[E/S
]
A variabilidade pode ser explicada pelo tipo de solo,
Jet Grouting – Características Mecânicas (III)
121/133S: Resistência à compressão uniaxial [MPa]
Gráfico indicativo
explicada pelo tipo de solo, pela dosagem de cimento, pela
água e pela idade do corpo
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122/139
Jet Grouting – Características Mecânicas (IV)Corte puro
Tracção na flexão
Tracção simples e corte na flexão
122/133
Resistência ao corte e à tracção em
percentagem da
resistência uniaxial à
compressão [%] Seixo + areia Areia siltosa Silte Silte argiloso
Areia Areia siltosa Argila siltosa Argila
DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
123/139
ades
Típ
icas
123/133
Jet G
rout
ing
-Pro
prie
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DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
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DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting
125/139Jet Grouting –Controlo de Execução
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126/139Jet Grouting -Propriedades Típicas: relação entre o módulo de deformabilidade e a resistência à compressão simples
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Tipos de cimento: EN 197 - 1
Constituintes principais [%]
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Classes de resistência de cimento: EN 197 - 1
Resistência à compressão [MPa]
Classes de resistência
Resistência nos primeiros dias
Resistência de referência aos 28 dias
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Composição do clinquer de cimentos resistentes à acção dos sulfatos: EN 206
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(XA2) (XA3)
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CEM I 42,5 R Utilizações recomendadas
• Betão armado, em particular C30/37 a C45/55
• Pré – fabricação
• Pavimentos rodoviários
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Propriedades especiais
• Desenvolvimento rápido das resistências mecânicas
• Elevadas resistências a todas as idades
• Betão para aplicação em estação fria
• Caldas de injecção para betão pós-tensionado
Contra - indicações
• Contacto com ambientes agressivos
• Betonagem em grandes massas
• Argamassas de uso geral
Fornecimento a granel
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CEM I 52,5 R Utilizações recomendadas
• Betão armado, em particular C40/50 a C50/60
• Pré – fabricação
• Betão de elevado desempenho mecânico em qualquer idade
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Propriedades especiais
• Desenvolvimento rápido das resistências mecânicas
• Elevadas resistências a todas as idades
qualquer idade
• Betão para aplicação em estação fria e em locais abrigados
Contra - indicações
• Contacto com ambientes agressivos
• Betonagem em grandes massas
• Argamassas de uso geral
Fornecimento a granel
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CEM II / B - L 32,5 N Utilizações recomendadas
• Betão armado, em particular C12/15 a C25/30
• Pré – fabricação
• Betonagens em grandes massas
• Argamassas de todos os tipos
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Propriedades especiais
• Desenvolvimento lento das resistências iniciais
• Elevada trabalhabilidade com baixa relação água / cimento
• Argamassas de todos os tipos
• Betão simples de uso geral, fundações e elevações
Contra - indicações
• Em ambientes agressivos devem ser seguidas as recomendações normativas
• Betonagem sob temperaturas baixas
Fornecimento a saco, palete, pacotão e granel
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CEM II / A - L 42,5 RUtilizações recomendadas
• Betão armado, em particular C20/25 a C35/45
• Pré – fabricação
• Pavimentos rodoviários
• Betão simples de uso geral, fundações e
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Propriedades especiais• Desenvolvimento rápido das
resistências mecânicas
• Elevadas resistências a todas as idades
• Trabalhabilidade elevada
p g , çelevações
Contra - indicações
• Em ambientes agressivos devem ser seguidas as recomendações normativas
• Betonagens de grandes massas
• Betonagem sob temperaturas baixas
Fornecimento a granel
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CEM IV / B (V) 32,5 N - Pozolânico Utilizações recomendadas
• Betão armado, particular C16/20 a C30/37
• Pavimentos rodoviários
• Betão simples de uso geral, fundações e elevações
• Betonagem em meios agressivos
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Propriedades especiais• Baixo calor de hidratação e libertação
lenta• Bom comportamento em ambientes
agressivos• Elevada compacidade e impermeabilidade
em idades avançadas
• Betonagem em meios agressivos
• Betonagem em grandes massas
• Trabalhos marítimos
Contra - indicações• Pré-fabricação em betão simples ou
armado
• Betão exigindo crescimento rápido da resistência mecânica
• Betão pré-esforçadoFornecimento a granel
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Cal Hidráulica NHL 5 Utilizações recomendadas
• Argamassas de todos os tipos
• Pré-fabricação (misturada com cimento)
• Pavimentos rodoviários
• Em trabalhos diversificados no meio rural
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Propriedades especiais• Grande plasticidade e elevada
trabalhabilidade• Boa aderência, impermeabilidade e
durabilidade• Grande poder de retenção de água,
opondo-se à retracção e fissuração
Contra - indicações
• Trabalhos sob temperaturas baixas
• Contacto com ambientes agressivos, águas e terrenos
Fornecimento a saco, palete e granel
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Condições de fornecimento do cimento
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Microestacas como fundação - comparação com soluções tradicionais
Vantagens em relação a estacas
4Maior facilidade de furação e maior rendimento, com menor perturbação do solo
Vantagens em relação a jet grouting
4Maior resistência à tracção
4Menor consumo de cimento
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Desvantagens em relação a jet grouting
perturbação do solo
4Maior versatilidade de equipamento e limitação de ruído e vibrações
4Maior capacidade para transmitir cargas por atrito lateral, em particular de tracção
4 Apenas mobiliza atrito lateral em terrenos com NSPT>40 pancadas
4Menor rigidez
4 Reduzida capacidade para transmitir cargas por ponta
Limitações em relação a estacas4Menor capacidade de carga
4Menor rigidez
4Melhor verificação/controlo executivo
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Jet Grouting como fundação - comparação com soluções tradicionais
Vantagens em relação a estacas Vantagens em relação a microestacas4Maior facilidade de furação e
maior rendimento
4
4Mobilização de atrito lateral em qualquer tipo de terreno
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4Maior versatilidade
4Maior capacidade para transmitir cargas por atrito lateral
4Maior rigidez
4 Capacidade para transmitir cargas por ponta
Limitações em relação a estacas Limitações em relação a microestacas4Menor capacidade de carga
4 Verificação/controlo executivo
4 Consumo de cimento
4 Verificação/controlo executivo
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Terreno com fracas
características mecânicas
Carga axial
[kN]500 750250 1000
0
2,5
5,0
∅ 500 ∅ 800
0
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Prof
undi
dade
[m] 7,5
10,0
12,5
15,0
MicroestacasTerreno de fundação com boas
características mecânicas
Colunas jet tipo 1
Microestacas e Colunas de Jet Grouting - Campos de aplicação em soluções de fundações
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