DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A. 2/139 ...cristina/EBAP/DFA_FundacoesMicroestacasJet... · e dúctil do aço medida através do ensaio de impacto de Charpy ou Tenacidade:

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DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Fundações por Microestacas e Jet Grouting

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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

2


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Injecção preenchimento c/ pressão Injecção geral uniforme (IGU)


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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

12/133

3


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Aços com elevada elasticidade e elevada tenacidade –Tipos e Qualidade: EN 10025 e EN 10027-1

13/133


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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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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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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

4


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

5


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Microestacas – barras GEWI: secções correntes

25/133


26/139

Microestacas – Auto perfurantes

26/133


27/139


27/133


28/139Microestacas – Auto perfurantes

28/133


29/139

Microestacas – Auto perfurantes: secções tipo

29/133


30/139


30/133

6


31/139Microestacas – Auto perfurantes

31/133


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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

7


37/139

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

37/133

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

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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


39/139

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


40/139

Jet Grouting - Tecnologia: tipos e permeabilidade (ii)

40/133Jet tipo 1 – simples Jet tipo 2 – duplo Jet tipo 3 – triplo


41/139

Jet Grouting - Tecnologia: tipos e permeabilidade (iii)

41/133

Jet tipo 1 – simples Jet tipo 2 – duplo

Jet tipo 3 – triplo


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Jet Grouting – Parâmetros de Execução e Diâmetros Máximos

42/133

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

8


43/139

Jet Grouting –Desagregação do solo

Facilidade de desagregação Areias, seixos

e cascalhos

43/133

Dificuldade de desagregação

Argilas muito plásticas


44/139

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

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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


45/139

Jet Grouting – Parâmetros de Execução (ii)

45/133


46/139

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


47/139

eiro

(Jet

3)

47/133

Jet G

rout

ing

–E

stal

e


48/139

Jet Grouting - Tecnologia: corpos mais correntes (i)

48/133

9


49/139

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


50/139

tilid

ade

de

ação

50/133

Jet G

rout

ing

–ve

rsat

equi

pam

ento

s de

fura


51/139

Jet Grouting associado a Microestacas – Auto perfurantes

51/133


52/139

Jet Grouting - Tecnologia: nº bicos e inclinação do jacto

52/133

Solução convencional: 1 bico e jacto horizontal

Solução colisão: 2 bicos e jactos sub-horizontais que colidem entre si


53/139

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


54/139

Jet Grouting - Tecnologia: solução com colisão de jactos (ii)

54/133

Incremento de área de colunas devido à utilização do sistema de colisão

10


55/139

Jet Grouting - Tecnologia: solução com colisão de jactos (iii)

55/133

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


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


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.

57/133


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


59/139

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.


60/139

Jet Grouting – Problemas geométricos: efeito de sombra (i)

60/133Janela

Singularidade

11


61/139

Jet Grouting – Problemas geométricos: efeito de sombra (ii)

61/133Efeito de sombra na execução de colunas adjacentes a estacas prancha


62/139

Efeito de sombra em areias com calhausAreias com

calhaus

62/133

Estacas

Colunas de jet grouting

Argilas de Aveiro


63/139

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)

63/133

Jet Grouting


64/139

Jet Grouting - Tecnologia: campos de aplicação

64/133


65/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação

Anc

orag

em

Emboquilhamento Tratamento

65/133

Contenção

Cor

tina

Cortina Barreira

Aterro sanitário


66/139


Cortina

Tratamento selectivo

Areia

LodoLodoLodoLodo

66/133

Cortina

Poço

s ci

rcul

ares

Coluna Estacas Pregagens

12


67/139


to s

67/133

Rec

alça

men

tde

fund

açõe

Contenção Recalce

Túneis


68/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo

68/133


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


70/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo pregado ao terreno vs. tampão de fundo com contra peso

70/133


71/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo pregado ao terreno

71/133


72/139Jet Grouting – Campos de Aplicação: tampão de fundo com contra-peso

72/133

13


73/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos, Reforço da Capacidade de Carga de Fundações

73/133


74/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos

74/133


75/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Recalçamentos

75/133


76/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Estabilização Taludes

76/133


77/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Fundação

Formações aluvionares de matriz areno-siltosa

N=15.000 kN

77/133

Blocos de rocha basáltica

Formações aluvionares consolidadas de matriz

areno-argilosa compacta

-6m


78/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Fundação e Contenção

78/133

14


79/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Escoramentos (i)

79/133


80/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Escoramentos (ii)

Planta

Laje Escora Contraforte

80/133

Corte


81/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Cortina de colunas impermeabilizante

81/133


82/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Cortina de painéis impermeabilizante

82/133


83/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Selagem de paredes moldadas

83/133


84/139

Jet Grouting – Campos de Aplicação: Túneis

84/133

15


85/139


85/133


86/139


86/133


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


88/139

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


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


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


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


92/139

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


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 )


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)


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


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


97/139

Jet Grouting – Recalçamento sob pé direito reduzido

97/133Novos pilares interiores

Coluna de recalçamento


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


99/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase II

Aterros

- Execução da escavação

99/133

N.F.

Cascalheiras

Cretácico


100/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase III

Aterros

- Execução dos novos pilares e da nova estrutura

100/133

N.F.

Cascalheiras

Cretácico


101/139Jet Grouting - Solução de recalçamento – Fase IV

Aterros

- Demolição dos pilares existentes

101/133

N.F.

Cascalheiras

Cretácico


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


103/139

Jet Grouting – Recalçamento de Reservatórios

N.F.-2m

Orgãos da E.T.A.R.

103/133

-8m

Colunas de jet

grouting


104/139

Jet Grouting - Solução de recalçamento: recolha de refluxo

104/133


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


106/139

Jet Grouting – Soluções Geométricas de contenções

106/133


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


108/139

Jet Grouting – Tampão de Fundo (ii)

108/133

19


109/139

Jet Grouting – Tampão de Fundo (iii)

109/133


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


111/139


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


112/139


112/133


113/139


113/133


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


115/139

Jet Grouting – Calibração e Validação: corpos teste

115/133


116/139

Corpos de Jet Grouting – Controlo de Execução

116/133


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


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


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


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


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


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


123/139

ades

Típ

icas

123/133

Jet G

rout

ing

-Pro

prie

da

da página seguinte)


124/139

ades

Típ

icas

: dos

agen

s

124/133

Jet G

rout

ing

-Pro

prie

da


125/139Jet Grouting –Controlo de Execução

125/133


126/139Jet Grouting -Propriedades Típicas: relação entre o módulo de deformabilidade e a resistência à compressão simples

126/133

22


127/139

Tipos de cimento: EN 197 - 1

Constituintes principais [%]

127/133


128/139

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

128/133


129/139

Composição do clinquer de cimentos resistentes à acção dos sulfatos: EN 206

129/133

(XA2) (XA3)


130/139

CEM I 42,5 R Utilizações recomendadas

• Betão armado, em particular C30/37 a C45/55

• Pré – fabricação

• Pavimentos rodoviários

130/133

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


131/139

CEM I 52,5 R Utilizações recomendadas



• Betão de elevado desempenho mecânico em qualquer idade

131/133


• Desenvolvimento rápido das resistências mecânicas


qualquer idade

• Betão para aplicação em estação fria e em locais abrigados


• Contacto com ambientes agressivos


• Argamassas de uso geral



132/139

CEM II / B - L 32,5 N Utilizações recomendadas



• Betonagens em grandes massas

• Argamassas de todos os tipos

132/133


• Desenvolvimento lento das resistências iniciais

• Elevada trabalhabilidade com baixa relação água / cimento


• Betão simples de uso geral, fundações e elevações


• Em ambientes agressivos devem ser seguidas as recomendações normativas

• Betonagem sob temperaturas baixas

Fornecimento a saco, palete, pacotão e granel

23


133/139

CEM II / A - L 42,5 RUtilizações recomendadas




• Betão simples de uso geral, fundações e

133/133

Propriedades especiais• Desenvolvimento rápido das

resistências mecânicas


• Trabalhabilidade elevada

p g , çelevações


• Em ambientes agressivos devem ser seguidas as recomendações normativas

• Betonagens de grandes massas

• Betonagem sob temperaturas baixas



134/139

CEM IV / B (V) 32,5 N - Pozolânico Utilizações recomendadas

• Betão armado, particular C16/20 a C30/37


• Betão simples de uso geral, fundações e elevações

• Betonagem em meios agressivos

134/133

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


• Trabalhos marítimos

Contra - indicações• Pré-fabricação em betão simples ou

armado

• Betão exigindo crescimento rápido da resistência mecânica

• Betão pré-esforçadoFornecimento a granel


135/139

Cal Hidráulica NHL 5 Utilizações recomendadas


• Pré-fabricação (misturada com cimento)


• Em trabalhos diversificados no meio rural

135/133

Propriedades especiais• Grande plasticidade e elevada

trabalhabilidade• Boa aderência, impermeabilidade e

durabilidade• Grande poder de retenção de água,

opondo-se à retracção e fissuração


• Trabalhos sob temperaturas baixas

• Contacto com ambientes agressivos, águas e terrenos

Fornecimento a saco, palete e granel


136/139

Condições de fornecimento do cimento

136/133


137/139

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

137/133

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


138/139

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

138/133

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

24


139/139

Terreno com fracas

características mecânicas

Carga axial

[kN]500 750250 1000

0

2,5

5,0

∅ 500 ∅ 800

0

139/133

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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