Soluções de tratamento de solos com recurso a colunas de jet grouting em infraestruturas portuárias
Nos últimos anos a construção de novas infraestruturas portuárias tem estado associada ao desenvolvimento do comércio regional e mundial. Este tipo de infraestruturas requer, normalmente, a ocupação de grandes áreas, fundadas sobre solos problemáticos, para fins de apoio logístico, em particular de transporte e de armazenamento. Neste enquadramento e pela sua versatilidade, destacam-se soluções de tratamento de solos, com recurso a colunas de jet grouting, adequadas a diferentes cenários geológicos e geotécnicos, mas muito exigentes do ponto de vista do controlo de execução e do controlo de qualidade (Croce, P.; Flora, A.; Modoni, G. (2014)). O presente artigo descreve o caso prático de um terminal de contentores portuário, onde foi aplicada a tecnologia de jet grouting como solução de tratamento do terreno de fundação e de estruturas de contenção de terrenos.
Reforço do terreno de fundação de um muro cais e da fundação de uma grua
O muro cais intervencionado era constituído por uma parede moldada com cerca de 1000m de extensão, 1,2m de espessura e 29m de profundidade. A parede moldada era travada superiormente por um alinhamento de tirantes, que reagia contra uma estrutura de reação, do tipo "homem morto", constituída por uma parede moldada com 0,8m de espessura e 9m de profundidade, distando, em planta, cerca de 45,5m da parede do muro cais. Entre estas duas estruturas localizava-se um alinhamento de estacas de fundação da grua móvel de grande porte (lado terra), sendo que a fundação da mesma grua, do lado do mar, era assegurada pelo próprio muro cais.
Na Tabela 1 é apresentado o zonamento geológico e geotécnico do local, assim como a correspondente parametrização, realizada em fase de obra e que determinou a necessidade de, em parte do desenvolvimento do referido muro cais, conceber uma solução tratamento da fundação do mesmo cais e das estacas de fundação da grua móvel (lado terra). O principal objetivo seria o de assegurar uma adequada segurança em termos de capacidade de carga vertical das fundações da grua e de estabilidade global do muro cais.
O tratamento do terreno com recurso a colunas de jet grouting foi realizado na zona passiva da parede moldada e na zona de fundação (areias e siltes argilosos, C1 e D1), reduzindo a deformação e os esforços na parede do muro-cais, bem como diminuindo as cargas verticais na base da referida parede, localizada a curta distância das areias argilosas orgânicas (E), com muita reduzida capacidade e carga.
A solução adotada para incrementar a resistência na zona passiva da parede moldada consistiu na execução de colunas de jet grouting, com 1,5 m de diâmetro e 4,0m de profundidade, dispostas numa malha triangular com cerca de 3,0m de lado. Para melhorar a capacidade de carga do muro cais e das estacas de fundação da grua (lado terra) foram executadas colunas de jet grouting igualmente com 1,5 m de diâmetro e 4,0 de profundidade, afastada de 3m a eixos, em cada face da parede do muro cais, e em pares, de cada lado das estacas de fundação da grua, conforme indicado nas Figuras 1 e 2.
A estabilidade global do muro-cais, incluindo as fundações da grua, foi avaliada através de uma análise com recurso a um modelo de elementos finitos com recurso ao software Plaxis 2D (Brinkgreve, R.B.J. et. al., 2014), através da metodologia de redução dos parâmetros de resistência ao corte. Os principais resultados obtidos são apresentados na Figura 3, tendo sido comprovada a mobilização de fatores de segurança com valores de 1,10 e 1,01 (superiores ao valor mínimo unitário, requerido pelo Eurocódigo 7).
Estruturas de contenção de terras
O presente capítulo descreve as soluções adotadas na conceção das estruturas de contenção de terras, executadas integral, ou parcialmente, com recurso a colunas jet grouting, na zona de transição entre o topo do muro cais, descrito no capítulo anterior, e um quebra-mar existente. Foram assim executadas duas soluções diferentes, de acordo com a geometria da escavação e os principais condicionamentos existentes no local, em particular os tirantes e a estrutura de reação, tipo "homem morto" (Figuras 4 e 5), bem como a presença de enrocamento que condicionava a realização da solução em parede moldada, em desenvolvimento e em profundidade.
A primeira solução consistiu na construção de um muro de gravidade, de fecho e de confinamento da plataforma de aterro, localizada a tardoz do muro cais, constituído por quatro alinhamentos de colunas de jet grouting com 1,5m de diâmetro, espaçadas a eixos de 1,2m, dispondo de uma profundidade máxima de 15m.
A segunda solução permitiu materializar o fecho do topo do muro-cais na junção com o quebra-mar existente. Neste caso, a parede moldada de fecho, condicionada geometricamente no seu eventual travamento com recurso a tirantes, foi reforçada com uma cortina de colunas de jet grouting, constituída por dois alinhamentos de colunas com 1,5m de diâmetro, afastadas a eixos de 1,2m, travada por contrafortes, materializados igualmente por colunas com 1,5m de diâmetro, afastadas a eixos de 1,2m. Cada contraforte foi constituído por nove colunas de jet grouting. As duas soluções descritas são apresentadas na Figura 5.
Controlo de qualidade de controlo de execução de colunas de jet grouting
Uma das principais exigências associadas à execução de soluções com recurso a colunas de jet grouting, que resultam da mistura do solo existente com cimento, é a garantia de um adequado controlo de qualidade e de execução, em particular que as referidas colunas são executadas respeitando as exigências de geometria, de resistência e de deformabilidade, definidas em fase de Projeto.
No que se refere à avaliação da geometria, o procedimento tradicional consiste na escavação lateral do terreno que confina superficialmente as colunas e na realização de furação por carotagem vertical das colunas, neste último caso sem qualquer restrição de comprimento. No entanto, este procedimento é condicionado pela necessidade de tempo de endurecimento do material solo - cimento, o que se poderá traduzir num importante condicionamento, especialmente em obras de grande dimensão. Com vista à ultrapassagem deste tipo de restrição, foram, na obra em apreço, realizados ensaios recorrendo a métodos não destrutivos, tais como ensaios com recurso a ondas sísmicas "S", do tipo "cross-hole" e, sobretudo, ensaios de medição da resistividade elétrica, do tipo CYLJET®.
Neste enquadramento, destacam-se os ensaios não destrutivos de medição da resistividade elétrica num cilindro equivalente de solo e de solo – cimento (coluna de jet grouting) com diâmetro de 3 a 5 metros, dependendo da resistividade do solo. Após terminada a execução da coluna de jet grouting, é colocado, ao eixo da referida coluna, um tubo de proteção e revestimento do sistema de medição da resistividade, em PVC, através do qual é inserido um cabo com elétrodos espaçados de 0,30m para a medição da resistividade do meio envolvente, até um raio de 1.5m a 2,5m. A Figura 6 mostra uma perspetiva dos trabalhos desenvolvidos no local, incluindo o tubo de proteção utilizado para a avaliação da resistividade elétrica, ao eixo da coluna de jet grouting, por sua vez, indicado na Figura 7. Na Figura 8 é apresentado um exemplo de medição do diâmetro de uma coluna recorrendo ao método da resistividade elétrica.
A geometria da coluna é aferida através da medição do contraste dos valores da resistividade da mistura de solo – cimento, que caracteriza a coluna imediatamente após a sua execução, com a resistividade do solo envolvente à mesma. Uma das principais vantagens do método é que o mesmo permite a obtenção de resultados logo após a execução da coluna de jet grouting, com uma margem de erro, em geral, de apenas 10%.
Com vista à comprovação dos resultados obtidos através dos ensaios de resistividade elétrica, procedeu-se, em algumas colunas à escavação do terreno confinante, junto ao seu topo, para medição direta do respetivo diâmetro, conforme indicado na Figura 9.
Em complemento, e também associado ao mesmo princípio da validação por redundância, foram igualmente executados ensaios mais clássicos, de medição do diâmetro das colunas com recurso a ondas sísmica "S", do tipo "cross-hole, conforme indicado na Figura 10.
Na generalidade dos casos, verificou-se uma excelente concordância entre todos os ensaios.
A avaliação da resistência à compressão e da deformabilidade das colunas, a várias idades, foi efetuada a partir de ensaios de compressão uniaxial não confinada (UCS), com medição do valor módulo de deformabilidade. Estes ensaios foram realizados a partir de provetes extraídos de furos realizados por carotagem vertical e integral das colunas.
No que diz respeito ao controlo de verticalidade dos furos, o mesmo foi assegurado através do dispositivo TIGOR, instalado nas varas de furação e dispondo de sensores de medição de desvio para avaliar a verticalidade dos furos através do qual foram executadas as colunas de jet grouting.
Por último, refere-se que em fase de execução das colunas foram registados, de forma contínua, todos os parâmetros de execução, previamente calibrados através de colunas teste.
Os casos apresentados no presente artigo enfatizam a importância de técnicas de tratamento de solos na construção de infraestruturas marítimas e, em particular, na geotecnia portuária. Pela sua versatilidade, destacam-se as vantagens da tecnologia de jet grouting no reforço de estruturas existentes e na conceção de soluções de fundações e de contenção de terrenos em infraestruturas portuárias.
Estas técnicas exigem, porém, um adequado conhecimento prévio dos dispositivos geológicos e geotécnicos, bem como um apertado, e por vezes, sofisticado, controlo de execução e controlo de qualidade, destacando-se, neste âmbito e pela possibilidade de recolha antecipada de resultados, a importância dos métodos não destrutivos, com os que recorrem à medição da resistividade elétrica.
Brinkgreve, R.B.J. et. al. (2014). Materials Model Manual - Plaxis 2D. A.A. Balkema Publishers.
Croce, P.; Flora, A.; Modoni, G. (2014). Jet Grouting – Technology, Design and Control. CRC Press – Taylor & Francis Group.
António A. Cristóvão, Engenheiro Civil, JETsj Geotecnia Lda, Lisboa, Portugal
Rui Tomásio , Engenheiro Civil, JETsj Geotecnia Lda, Lisboa, Portugal
Este artigo foi publicado na Construção Magazine nº 85 (pp 38-41), por lapso sem os nomes dos autores. Pedimos desculpa aos visados e também aos leitores pelo sucedido