1.Introdução

As técnicas gerais de melhora e reforço do solo e rocha são usadas para permitir escavações seguras em condições geológicas desfavoráveis, tendo como métodos principais o reforço do terreno com as ancoragens, as injeções, as injeções sob pressão, drenagem, congelamento e pré-escavação.

A escolha da técnica depende das características geotécnicas do terreno e de uma análise de custo benefício (custo efetivo, velocidade de execução e segurança dos trabalhos).

Designa-se por tratamento do maciço as técnicas de consolidação segundo as quais pretende-se melhorar as características de resistência, de deformabilidade ou de impermeabilidade dos maciços rochosos e consistem basicamente nas injeções sob pressão. Essas técnicas, quando aplicadas à rocha que rodeia as escavações, podem exercer ações de revestimento e de suporte.

As injeções sob pressão são classificadas em:

Suspensões: injeções de cimento e argila e suas combinações ou misturas. São constituídas de materiais sólidos em suspensões na água. Usada em solos e rochas relativamente permeáveis;

Soluções: injeções químicas de soluções, por isso, não se sedimentam como as suspensões. É usado em solos e rochas de baixa permeabilidade.

São possíveis inúmeras combinações de injeções de suspensão e solução. Tem mais de 55 anos de uso.

2.Injeção de cimento

É realizada através de furos de sonda sistematicamente dispostos, produz a consolidação e impermeabilização do terreno em toda a zona a ser escavada. Aplica-se a rochas fortes e fraturadas e se divide em injeção preliminar e injeção subsequente.

Durante a injeção, a velocidade de penetração da calda de cimento na rocha diminui com o aumento da distância ao furo, o cimento assenta-se e começa a preencher as cavidades. Tanto os furos quanto a injeção através deles podem ser feitos da superfície ou da frente de avanço.

Se aplicam na escavação de poços ou escavações horizontais. No caso de poços, são feitos de 8 a 12 furos na superfície. Primeiramente é feito um furo para colocação com cimento de um tubo diretor provido de um tampão rosqueável e, através dele, prossegue-se a furação.

A furação e cimentação são feitas em lances de 3 a 10 metros, sendo indicado a cimentação sempre em vários lances.

Através da tubulação injetora bombeia-se primeiramente, água pura até que saia limpa no tubo de descarga. Fecha-se a válvula em seguida e continua-se a bombear água com pressão máxima, a fim de dilatar as aberturas do terreno. Depois injeta-se sob pressão uma calda muito fluida de cimento e aguarda-se o aumento na pressão do manômetro para cessar o bombeamento, sendo que a fluidez da calda de cimento pode ser engrossada para tal efeito. Por último, fecha-se as válvulas para manter a pressão até a pega final do cimento.

Terminada a cimentação dos vários furos, o poço é escavado pelos processos comuns e, ocorrendo novamente água, procede-se nova cimentação.

A injeção de cimento também pode ser feita simultaneamente nos diversos furos.

3.Métodos de impermeabilização química e outros

As resinas químicas se desenvolveram na década de 80 e proporcionou sua larga utilização na mineração e construção civil. Sua injeção pode ser feita em locais úmidos, não apenas com parafusos de ancoragem, mas como impermeabilizante e para preencher vazios no maciço.

Injeções químicas, variantes do método de cimentação, com injeção prévia ou gradativa com a abertura da escavação:

Injeção de silicato de sódio e sulfato de alumínio formando silicato de alumínio: precipitado coloidal que se desidrata sob pressão, deixando um enchimento sólido nas fissuras capilares não atingidas pela nata de cimento e recobrindo as paredes argilosas das fissuras maiores, possibilitando uma cimentação posterior;

Injeção de silicato de sódio e cloreto de cálcio, formando silicato de cálcio: insolúvel e de pega muito rápida (processo Joostem). A pega é tão rápida que a tubulação de injeção deve ser retirada à medida que o cloreto de cálcio é injetado, a fim de evitar que fique presa. A penetração

atinge, mais ou menos, 90 centímetros em torno do furo e promove uma excelente vedação de poços. Processo mais oneroso;

Injeção de asfalto fundido: pode ser mais eficiente que a do cimento, quando ocorrem fortes correntes de água. A fluidez é garantida por correntes elétricas na tubulação de injeção ou por uma camisa de vapor em torno dela. Aplicação considerável nos Estados Unidos;

Injeção de argila bentonítica: feita quando ocorrem grandes cavidades com água sob pressão, desde que nelas não haja água corrente. Na Europa utiliza-se a injeção de argila qualquer, tratada, na proporção de 80 a 90% e cimento,apenas até 10 -20% da mistura, formando-se cones de impermeabilização;

Injeção de produtos plásticos, resinas sintéticas, poliuretano, entre outros: têm resistência à contaminação e apresentam uma habilidade de penetrar materiais com baixa permeabilidade. Injetados em estado fundido e endurecem ao se esfriarem.

4.Custos comparativos de injeções

Comparando os custos em diferentes materiais, o importante é o custo do volume de injeção no local e não o custo do metro cúbico de injeção quando bombeado, por variações no volume de material na injeção e no volume in situ.

Para determinar qual tipo de suporte a ser utilizado para reparar galerias com suporte de madeira, são considerados três fatores:

O tempo que tal galeria deverá ser usada;

Carga a ser suportada;

Habilidade do subsolo em receber a injeção.

O método mais econômico é aquele com mais baixo custo inicial e sem substituição para a vida da galeria.

5.Congelamento de terrenos

5.1.Usos e limitações

Empregado sobretudo na Europa, em caso de aqüíferos potentes e que não podem ser rebaixados, em solos saturados em água, terrenos macios e rochas fraturadas, com dificuldades em águas salinas ou correntes.

A rocha fraturada é mais estável para ser escavada e, quando o suporte final já está colocado, a ação de congelamento é parada.

Esse sistema previne a infiltração de água subterrânea durante a escavação e consolida temporariamente terrenos inconsolidados. Aplica-se em ensecadeiras e escavações de poços, através de siltes, rochas intemperizadas ou que contém argila, na estabilização de túneis no contato rocha-solo. É um método caro e usado somente quando não há outras alternativas.

5.2.Métodos de Congelamento

Para efetuar a congelação, são executados furos de sonda no terreno a ser atravessado. Nesses furos são introduzidos tubos, fechados na base, e tendo no seu interior outro tubo concêntrico, de diâmetro menor e com extremidade inferior aberta. Pelo tubo central é descido um líquido de baixo ponto de congelação, mantido sob baixa temperatura, retirando calor dos terrenos circundantes. O líquido é refrigerado e recirculado. As camadas aqüíferas vão se congelando e, em torno dos furos, formam-se espessos cilindros de gelo, que se ligam, constituindo uma forte parede gelada.

Existem duas alternativas principais: o método da salmoura (ou método indireto ou sistema fechado, semelhante à refrigeração convencional), usando uma solução salgada e o método criogênico (ou método direto ou sistema aberto), que usa dióxido de carbono líquido ou nitrogênio líquido (método mais rápido que o anterior, porém de líquido mais caro).

O método criogênico é mais usado em operações de socorro de poucas horas até um ou dois dias e tem como vantagens a instalação simples e de reduzido investimento, a grande rapidez na congelação e a supressão da cara instalação frigorífica e da bomba para circulação.

Esse método requer grande precisão e é muitas vezes executado da superfície, antes da escavação do poço, utilizando várias vezes equipamentos de perfuração de poços de petróleo.

Revestimento final: poços até 100 m são comumente revestidos com concreto. Os maiores poderão ser revestidos com ferro fundido, gachetas de lençol de chumbo nas juntas e posteriormente revestidos de concreto.

5.3.Projetos e monitoramento

Os elementos do congelamento devem ser locados e alinhados precisamente. A maioria dos problemas e rupturas em projetos de congelamento estão relacionados ao fluxo de água subterrânea. A salinidade e a taxa de fluxo da água devem ser conhecidos antes, a fim de se determinar a temperatura desejada e a duração do tratamento. Os movimentos e as tensões no terreno têm que ser monitorados para se determinar os efeitos do congelamento.

6.Classificações geomecânicas

De uma forma gera dão, observando-se determinados parâmetros e a classe definida para o maciço, indicativos do vão máximo sem suporte, o tempo de autosuporte e da estrutura mais adequada de sustentação.

Seu objetivo é processar informações sobre propriedades do material rochoso, descontinuidades e geometria de escavação para obter valores representativos que basearão racionalmente as decisões acerca da engenharia de rochas, sendo que os sistemas mais usados são o RMR (Rock Mass Rating) e o Q.

7.Conclusão

Considerando os métodos expostos e suas características de aplicação, observa-se que são necessários estudos bastante detalhados para a execução de cada um, seja isolado ou em conjunto com outrem, para que os resultados sejam maximizados, tanto na parte operacional, quanto na econômica e de segurança.

8.Referências bibliográficas

ZACARIAS, Luiz Fernando. Apostila de Mineração II – Lavra Subterrânea – Módulo III, 2011.