Colunas de jet-grouting na construção de túneis

A crescente utilização do espaço subterrâneo, em particular nos meios urbanos densamente ocupados em superfície e em condições geotécnicas difíceis, tem exigido um crescente desenvolvimento das técnicas de reforço dos terrenos com o objetivo de mitigar riscos de danos nas edificações. Dentro das várias técnicas seguidas o jet-grouting tem vindo a assumir um papel relevante no tratamento de solos de fraca qualidade geotécnica, pela sua versatilidade no modo de aplicação, quer em superfície quer em subterrâneo. Com a realização deste trabalho pretende-se efetuar um levantamento das técnicas de tratamento de terrenos por jet-grouting e a sua aplicação à construção de túneis. Assim, numa primeira fase, descreve-se o que é o jet-grouting, o modo como é aplicada a técnica de jet-grouting, quais as suas características, quais as propriedades adquiridas pelo produto final, como se realiza o controlo de qualidade de todo o processo de execução. Também se faz referência aos equipamentos e materiais utilizados, tal como às suas vantagens e desvantagens. Posteriormente faz-se referência aos problemas decorrentes da construção de túneis, da forma como influenciam o meio onde são escavados e o porquê da necessidade de reforço, chegando-se ao modo como a técnica de jet-grouting tem vindo a ser utilizada na construção dos túneis, citando-se alguns casos práticos. Por fim resumem-se os pontos mais importantes da realização deste trabalho.

Jet Grouting - controlo de qualidade em terrenos do miocénio de Lisboa

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Geológica (Geotecnia)

Análisis de la influencia de distintos diseños de paraguas de micropilotes, pantalla de micropilotes, paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting en los asientos en superficie durante la ejecución de túneles perforados superficialmente

Ya en el informe acerca del estado de la tecnología en la excavación profunda y en la construcción de túneles en terreno duro presentado en la 7ª Conferencia en Mecánica de Suelos e Ingeniería de la Cimentación, Peck (1969) introdujo los tres temas a ser tenidos en cuenta para el diseño de túneles en terrenos blandos: o Estabilidad de la cavidad durante la construcción, con particular atención a la estabilidad del frente del túnel; o Evaluación de los movimientos del terreno inducidos por la construcción del túnel y de la incidencia de los trabajos subterráneos a poca profundidad sobre los asentamientos en superficie; o Diseño del sistema de sostenimiento del túnel a instalar para asegurar la estabilidad de la estructura a corto y largo plazo. Esta Tesis se centra en los problemas señalados en el segundo de los puntos, analizando distintas soluciones habitualmente proyectadas para reducir los movimientos inducidos por la excavación de los túneles. El objeto de la Tesis es el análisis de la influencia de distintos diseños de paraguas de micropilotes, pantalla de micropilotes, paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting en los asientos en superficie durante la ejecución de túneles ejecutados a poca profundidad, con objeto de buscar el diseño que optimice los medios empleados para una determinada reducción de asientos. Para ello se establecen unas premisas para los proyectistas con objeto de conocer a priori cuales son los tratamientos más eficientes (de los propuestos en la Tesis) para la reducción de asientos en superficie cuando se ha de proyectar un túnel, de tal manera que pueda tener datos cualitativos y algunos cuantitativos sobre los diseños más óptimos, utilizando para ello un programa de elementos finitos de última generación que permite realizara la simulación tensodeformación del terreno mediante el modelo de suelo con endurecimiento (Hardening Soil Small model), que es una variante elastoplástica del modelo hiperbólico, similar al Hardening Soil Model. Además, este modelo incorpora una relación entre deformación y el modulo de rigidez, simulando el diferente comportamiento del suelo para pequeñas deformaciones (por ejemplo vibraciones con deformaciones por debajo de 10-5 y grandes deformaciones (deformaciones > 10-3). Para la realización de la Tesis se han elegido cinco secciones de túnel, dos correspondiente a secciones tipo de túnel ejecutado con tuneladora y tres secciones ejecutados mediante convencionales (dos correspondientes a secciones que han utilizado el método Belga y una que ha utilizado el NATM). Para conseguir los objetivos marcados, primeramente se ha analizado mediante una correlación entre modelos tridimensionales y bidimensionales el valor de relajación usado en estos últimos, y ver su variación al cambio de parámetros como la sección del túnel, la cobertera, el procedimiento constructivo, longitud de pase (métodos convencionales) o presión del frente (tuneladora) y las características geotécnicas de los materiales donde se ejecuta el túnel. Posteriormente se ha analizado que diseño de pantalla de protección tiene mejor eficacia respecto a la reducción de asientos, variando distintos parámetros de las características de la misma, como son el empotramiento, el tipo de micropilotes o pilote, la influencia del arriostramiento de las pantallas de protección en cabeza, la inclinación de la pantalla, la separación de la pantalla al eje del túnel y la disposición en doble fila de la pantalla de pantalla proyectada. Para finalizar el estudio de la efectividad de pantalla de protección para la reducción de asiento, se estudiará la influencia de la sobrecarga cercanas (simulación de edificios) tiene en la efectividad de la pantalla proyectada (desde el punto de vista de reducción de movimientos en superficie). Con objeto de poder comparar la efectividad de la pantalla de micropilotes respecto a la ejecución de un paraguas de micropilotes se ha analizado distintos diseños de paraguas, comparando el movimiento obtenido con el obtenido para el caso de pantalla de micropilotes, comparando ambos resultados con los medidos en obras ya ejecutadas. En otro apartado se ha realizado una comparación entre tratamientos similar, comparándolos en este caso con un paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting. Los resultados obtenidos se han con valores de asientos medidos en distintas obras ya ejecutadas y cuyas secciones se corresponden a los empleados en los modelos numéricos. Since the report on the state of technology in deep excavation and tunnelling in hard ground presented at the 7th Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Peck (1969) introduced the three issues to be taken into account for the design of tunnels in soft ground: o Cavity Stability during construction, with particular attention to the stability of the tunnel face; o Evaluation of ground movements induced by tunnelling and the effect of shallow underground workings on surface settlement; o Design of the tunnel support system to be installed to ensure short and long term stability of the structure. This thesis focuses on the issues identified in the second point, usually analysing different solutions designed to reduce the movements induced by tunnelling. The aim of the thesis is to analyse the influence of different micropile forepole umbrellas, micropile walls, jet grouting umbrellas and jet grouting wall designs on surface settlements during near surface tunnelling in order to use the most optimal technique to achieve a determined reduction in settlement. This will establish some criteria for designers to know a priori which methods are most effective (of those proposed in the thesis) to reduce surface settlements in tunnel design, so that it is possible to have qualitative and some quantitative data on the optimal designs, using the latest finite element modelling software that allows simulation of the ground’s infinitesimal strain behaviour using the Hardening Soil Small Model, which is a variation on the elasto-plastic hyperbolic model, similar to Hardening Soil model. In addition, this model incorporates a relationship between strain and the rigidity modulus, simulating different soil behaviour for small deformations (eg deformation vibrations below 10-5 and large deformations (deformations > 10-3). For the purpose of this thesis five tunnel sections have been chosen, two sections corresponding to TBM tunnels and three sections undertaken by conventional means (two sections corresponding to the Belgian method and one corresponding to the NATM). To achieve the objectives outlined, a correlation analysis of the relaxation values used in the 2D and 3D models was undertaken to verify them against parameters such as the tunnel cross-section, the depth of the tunnel, the construction method, the length of step (conventional method) or face pressure (TBM) and the geotechnical characteristics of the ground where the tunnel is constructed. Following this, the diaphragm wall design with the greatest efficiency regarding settlement reduction was analysed, varying parameters such as the toe depth, type of micropiles or piles, the influence of bracing of the head protection diaphragm walls, the inclination of the diaphragm wall, the separation between the diaphragm wall and the tunnel axis and the double diaphragm wall design arrangement. In order to complete the study into the effectiveness of protective diaphragm walls ofn the reduction of settlements, the influence of nearby imposed loads (simulating buildings) on the effectiveness of the designed diaphragm walls (from the point of view of reducing surface movements) will be studied. In order to compare the effectiveness of micropile diaphragm walls regarding the installation of micropile forepole umbrellas, different designs of these forepole umbrellas have been analysed comparing the movement obtained with that obtained for micropiled diaphragm walls, comparing both results with those measured from similar completed projects. In another section, a comparison between similar treatments has been completed, comparing the treatments with a forepole umbrella by jet grouting and jet grouting walls. The results obtained compared with settlement values measured in various projects already completed and whose sections correspond to those used in the numerical models.

Estudo geotécnico dos solos do vale do Leça no âmbito de uma obra de requalificação portuária

A expansão da área ocupada pelo Porto de Leixões (Matosinhos e Leça da Palmeira), sobre solos muito compressíveis, de origem fluvial e marinha, leva a que seja necessário recorrer à engenharia para encontrar soluções adequadas à utilização de obras dos fins em vista. Assim, na zona do porto são muitos os projectos de engenharia civil/geotécnica executados nestes solos. Como exemplo, podem citar-se a Consolidação do Terrapleno e Construção dos Caminhos de Rolamento do Terminal de Contentores TC4S, a Reabilitação de um troço com 110m, do Cais Sul e do Cais Nascente da Doca nº 4 e a Construção da Portaria Principal do Porto de Leixões, todos no vale fóssil do rio Leça. São vastos os métodos a usar para o melhoramento destes solos, a colocação de colunas de brita, com o objectivo de reforçar o solo, aumentando a sua capacidade de carga e funcionando como drenos verticais, para solucionar o problema das deformações excessivas durante e após o final da obra, uma alternativa consiste em induzir a aceleração da consolidação da camada de solo mole, o uso de pré-carregamento e drenos verticais são usuais. Quando o tempo de concretização da obra exige que o aterro seja utilizado de imediato, uma solução viável é a colocação de estacas, que transferem o peso do aterro, ou parte dele, para camadas mais competentes. Também se pode proceder à retirada do solo original e substituí-lo por outro de qualidade superior. A mais recente técnica de melhoria de solos por injecção - jet grouting - é utilizada em diversas situações, incluindo obras provisórias e definitivas. O presente trabalho visa descrever, em função dos diversos factores, o comportamento do solo face aos vários métodos utilizados e os objectivos pretendidos que serão abordados no enquadramento empírico do trabalho.

Edifício do Terminal de Cruzeiros do Porto de Leixões: Acompanhamento dos trabalhos de Fundações e Estruturas de Suporte.

Infraestrutura com mais de um século de história, o Porto de Leixões encontra-se em fase de renovação com a criação de um emblemático Edifício de Terminal de Cruzeiros. Obra de arquitetura arrojada, o edifício é implantado em condições geológico-geotécnicas adversas e na convivência com o efeito da água do mar e das respetivas marés. O presente relatório é relativo a um Estágio realizado na obra numa fase de execução dos trabalhos de fundações e de contenções periféricas (ensecadeira). Apresentam-se as soluções sugeridas em projeto, as soluções apresentadas inicialmente pelo construtor e as alternativas a estas, propostas já durante a obra. Descrevem-se as diferentes soluções, identificando os equipamentos, recursos humanos e procedimentos envolvidos. Comparam-se os respetivos rendimentos e custos. Apresenta-se o Plano de Instrumentação e de Monitorização implementado em obra. Descreve-se em pormenor o trabalho realizado pelo estagiário, em obra, no decurso do estágio.

Acompanhamento das Técnicas de Construção na Obra do Aproveitamento Hidroelétrico de Foz Tua

O presente trabalho foi desenvolvido na obra do Aproveitamento Hidroelétrico de Foz Tua onde a autora teve oportunidade de realizar o estágio curricular junto da equipa da Fiscalização no período de 2 de Fevereiro de 2015 a 31 de Julho de 2015. A elaboração do presente trabalho pretende transmitir conhecimentos adquiridos relacionados com a constituição de um Aproveitamento Hidroelétrico, os tipos de barragens existentes, monitorização e controlo da segurança da estrutura da Barragem, controlo de qualidade de betão e o processo construtivo de uma Barragem. A construção da Barragem do Aproveitamento Hidroelétrico de Foz Tua tem sido realizada através do método tradicional, que consiste na aplicação de betão convencional compactado por vibração interna. Ao longo deste processo, foram aplicadas diversas técnicas construtivas, nomeadamente: escavação, betonagem, refrigeração artificial, injeção de juntas e tratamento de fundações. Neste trabalho foram ainda analisados os cuidados de segurança necessários neste tipo de estruturas, tendo como base o Regulamento de Segurança de Barragens. Este regulamento define as regras a seguir durante a execução da barragem e a monotorização que deve ser efetuada à mesma, permitindo assim o controlo da segurança da estrutura na sua construção e vida útil. É necessário ainda existir um controlo da qualidade, produção e aplicação do betão na estrutura de modo a aumentar a segurança, qualidade e durabilidade da mesma.

Reforço de fundações em solos margosos

Os solos de natureza margosa apresentam, frequentemente, características geotécnicas menos favoráveis para funcionarem como terreno de fundação. Dadas as suas especificidades geotécnicas interessa o seu estudo, bem como, a avaliação da aplicabilidade e adequabilidade de diferentes métodos de reforço aos tipos de terreno em análise, que permitam ultrapassar limitações geomecânicas existentes. Na presente dissertação visa-se estudar a caracterização geológica-geotécnica de solos de natureza margosa e analisa-los como material de aterro para fundações. Pretende-se, igualmente, abordar as principais técnicas de melhoramento aplicáveis aos terrenos indicados, expondo os aspectos mais relevantes. Através de um estudo de caso, pretendeu-se analisar a temática escolhida num contexto real. Foi estudado o caso de fundações em aterros margosos que apresentaram comportamentos geotécnicos inadequados e onde foi preconizada a realização de trabalhos de reforço. A obra em estudo está localizada num empreendimento industrial perto de Coimbra e inclui duas ocorrências distintas onde foram implementadas soluções de reforço por jet grouting. As singularidades geotécnicas e estruturais de cada caso exigiram a adopção de diferentes abordagens da técnica, designadamente, soluções de jet grouting vertical e sub-horizontal. Ambos os casos foram analisados no que diz respeito às suas especificidades construtivas, comportamento geotécnico em fase de construção, soluções de reforço executadas e eficácia na mitigação dos problemas existentes.

Bond Development in Concrete Overlays, August 1995

Data collection to determine the rate of bond strength development between concrete overlays and existing pavements and the evaluation of nondestructive testing methods for determining concrete strength were the objectives of this study. Maturity meters and pulse velocity meters were employed to determine the rate of flexural strength gain and determine the time for opening of newly constructed pavements to traffic. Maturity measurements appear to provide a less destructive method of testing. Pulse velocity measurements do require care in the preparation of the test wells and operator care in testing. Both devices functioned well under adverse weather and construction conditions and can reduce construction traffic delay decisions. Deflection testing and strain gaging indicate differences in the reaction of the overlay and existing pavement under grouting versus nongrouted sections. Grouting did enhance the rate of bond development with Type I11 cement out performing the Type I1 grout section. Type I11 and Type I1 cement grouts enhanced resistance to cracking in uniformly supported pavements where joints are prepared prior to overlays achieving target flexural strengths. Torsional and direct shear testing provide additional ways of measuring bond development at different cure times. Detailed data analysis will be utilized by TRANSTEC, Inc. to develop a bonded overlay construction guidelines report.

Bond Enhancement Techniques for PCC Whitetopping, HR-341, 1996

This research was initiated in 1991 as a part of a whitetopping project to study the effectiveness of various techniques to enhance bond strength between a new portland cement concrete (PCC) overlay and an existing asphalt cement concrete (ACC) pavement surface. A 1,676 m (5,500 ft) section of county road R16 in Dallas County was divided into 12 test sections. The various techniques used to enhance bond were power brooming, power brooming with air blast, milling, cement and water grout, and emulsion tack coat. Also, two sections were planed to a uniform cross-section, two pavement thicknesses were placed, and two different concrete mix proportions were used. Bond strength was perceived to be the key to determining an appropriate design procedure for whitetopping. If adequate bond is achieved, a bonded PCC overlay technique can be used for design. Otherwise, an unbonded overlay procedure may be more appropriate. Conclusions are as follows: (1) Bond Strength Differences - Milling increased bond strength versus no milling. Tack coat showed increased bond strength versus no tack coat. Planing, Air Blast and Grouting did not provide noticeable improvements in bond strength; nor did different PCC types or thicknesses affect bond strength significantly. (2) Structure - Structural measurements correlated strongly with the wide variation in pavement thicknesses. They did not provide enough information to determine the strength of bonding or the level of support being provided by the ACC layer. Longitudinal cracking correlated with PCC thicknesses and with planing. (3) Bond Over Time - The bond between PCC and ACC layers is degrading over time in the outside wheel path in all of the sections except tack coat (section 12). The bond strength in the section with tack coat was lower than the others, but remained relatively steady.

Non-Grouted Bonded PCC Overlay City of Oskaloosa, HR-528, 1993

Based upon the success the Iowa Department of Transportation has had using thin bonded, low slump, dense portland cement concrete on bridge decks for rehabilitation, it was decided to pursue research in the area of bonded portland cement concrete resurfacing of pavements. Since that time, in an effort to reduce costs, research was conducted into eliminating the grouting operation. On this project a non-grouted overlay was used to modernize an existing urban street. This research project is located in the City of Oskaloosa on 11th Avenue from South M Street to South Market Street. Construction of the project went well and the non-grouted overlay has performed very well to date.

Demonstration and Field Evaluation of Alternative Portland Cement Concrete Pavement Reinforcement Materials, Construction Report, HR-1069, 1998

The function of dowel bars is the transfer of a load across the transverse joint from one pavement slab to the adjoining slab. In the past, these transfer mechanisms have been made of steel. However, pavement damage such as loss of bonding, deterioration, hollowing, cracking and spalling start to occur when the dowels begin to corrode. A significant amount of research has been done to evaluate alternative types of materials for use in the reinforcement of concrete pavements. Initial findings have indicated that stainless steel and fiber composite materials possess properties, such as flexural strength and corrosion resistance, that are equivalent to the Department of Transportation specifications for standard steel, 1 1/2 inch diameter dowel bars. Several factors affect the load transfer of dowels; these include diameter, alignment, grouting, bonding, spacing, corrosion resistance, joint spacing, slab thickness and dowel embedment length. This research is directed at the analysis of load transfer based on material type and dowel spacing. Specifically, this research is directed at analyzing the load transfer characteristics of: (a) 8-inch verses 12-inch spacing, and (b) alternative dowel material compared to epoxy coated steel dowels, will also be analyzed. This report documents the installation of the test sections, placed in 1997. Dowel material type and location are identified. Construction observations and limitations with each dowel material are shown.

Performance of Nongrouted Thin Bonded PCC Overlays, Construction Report, HR-291, 1986

The Iowa road system has approximately 13,000 miles of Portland Cement Concrete Pavements, many of which are reaching the stage where major rehabilitation is required. Age, greater than anticipated traffic, heavier loads and deterioration related to coarse aggregate in the original pavement are some of the reasons that these pavements have reached this level of distress. One method utilized to rehabilitate distressed or underdesigned PCC pavements is the thin bonded Portland Cement Concrete overlay. Since the introduction of thin bonded overlays on highway pavements in 1973, the concrete paving industry has made progress in reducing the construction costs of this rehabilitation technique. With the advent of the shotblast machine, surface preparation costs have decreased from over $4.00 per square yard to most recently $1.42 per square yard. Other construction costs, including placement, grouting and sawing, have also declined. With each project, knowledge and efficiency have improved.

Pohjarakentamisen kehittämismahdollisuuksien selvittäminen.

Tämä tutkimus on tehty Lappeenrannan Teknillisessä Korkeakoulussa erään rakennusliikkeen toimeksiannosta. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa yritysjohdon päätöksenteon tueksi pohjarakennustoiminnan kehittämiseksi ja laajentamiseksi. Markkinaosuus olisi saatava turvattua ja suhdanneherkkyyttä vähennettyä.Tutkimusta on tehty strategiatyön näkökulmasta käyttäen perusrunkona Lares-Mankin strategiantyön perusteita. Ensin on analysoitu omaa toimintaa kriittisten menestystekijöiden -, ydinosaamis- ja SWOT- analyysien avulla. Tärkeimmät kilpailijat ja markkinat on analysoitu alueittain. Tietoa on etsitty alan kirjallisuudesta ja lehdistä. Kilpailijoiden analysoinnissa on käytetty apuna mm. heidän omia esitteitään. Markkinoiden tulevaisuuden näkymien arvioinnissa tärkeimmät tiedot on saatu asiantuntijoita haastattelemalla.Näiden tietojen pohjalta on pyritty saamaan selville, millaiset ovat mahdollisuudet pohjarakennustoiminnan kehittämiselle sekä mahdolliselle etabloitumiselle Ruotsiin tai Baltiaan. Toiminnan laajentumis- ja kehittämismahdollisuuksien ollessa hyvät, on laadittu vielä esitys parhaista kehittämistavoista eli uusi strategia.

Distributed water ingress and water potential measurements using fibre optics

We report on a distributed moisture detection scheme which uses a cable design based on waterswellable hydrogel polymers. The cable modulates the loss characteristic of light guided within a multi-mode optical fibre in response to relative water potentials in the surrounding environment. Interrogation of the cable using conventional optical time-domain reflectometry (OTDR) instruments allows water ingress points to be identified and located with a spatial resolution of 50 cm. The system has been tested in a simulated tendon duct grouting experiment as a means of mapping the extent of fill along the duct during the grouting process. Voided regions were detected and identified to within 50 cm. A series of salt solutions has been used to determine the sensor behaviour over a range of water potentials. These experiments predict that measurements of soil moisture content can be made over the range 0 to – 1500 kPa. Preliminary data on soil measurements have shown that the sensor can detect water pressure changes with a resolution of 45 kPa. Applications for the sensor include quality assurance of grouting procedures, verification of waterproofing barriers and soil moisture content determination (for load-bearing calculations).

Efeito da adição de cargas minerais leves na resistência mecânica de grautes para cimentação de poços offshore

The preparation of cement slurries for offshore well cementing involves mixing all solid components to be added to the mixing water on the platform. The aim of this work was to study the formulation of pre-prepared dry mixtures, or grouts, for offshore oilwell cementing. The addition of mineral fillers in the strength of lightweight grouts applied for depths down to 400 m under water depths of 500 m was investigated. Lightweight materials and fine aggregates were selected. For the choice of starting materials, a study of the pozzolanic activity of low-cost fillers such as porcelain tile residue, microsilica and diatomaceous earth was carried out by X-ray diffraction and mechanical strength tests. Hardened grouts containing porcelain tile residue and microsilica depicted high strength at early ages. Based on such preliminary investigation, a study of the mechanical strength of grouts with density 1.74 g/cm3 (14.5 lb/gal) cured initially at 27 °C was performed using cement, microsilica, porcelain tile residue and an anti-foaming agent. The results showed that the mixture containing 7% of porcelain tile residue and 7% of microsilica was the one with the highest compressive strength after curing for 24 hours. This composition was chosen to be studied and adapted for offshore conditions based on testes performed at 4 °C. The grout containing cement, 7% of porcelain tile residue, 7% of active silica and admixtures (CaCl2), anti-foaming and dispersant resulted satisfactory rheology and mechanical strength after curing for 24 hours of curing