Micro Túneis em Solos Muito Mole. 21 e 22 de Julho de 2010 São Paulo SP - Brasil

Transcrição

1 Micro Túneis em Solos Muito Mole

2 Dr. Arsenio Negro Jr. Vice Presidente ABMS: Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Diretor da Bureau de Projetos e Consultoria Ltda

3 Conteúdo 1. Solo muito mole 2. Micro-Túneis 3. Dirigibilidade de Micro-tuneladoras 4. Controle da Dirigibilidade 5. Escolha do Processo 6. Comentários Finais

4 1. Solo muito mole (Capital e Litoral) - Argila e Siltes Orgânicos Moles: Gênese e Ocorrência - Características Geotécnicas - Índices Físicos - Resistência e Deformabilidade

5 Cidade de São Paulo

6 Cidade de São Paulo Geomorfologia do Atlântico Sul e Elementos Tectônicos Principais

7 Cidade de São Paulo

8 Cidade de São Paulo Seção Tranversal NW-SE

9 Cidade de São Paulo

10 Cidade de São Paulo - Aluviões Quartenários Sedimentos Fluviais depositados nas várzeas de rios e córregos Rios: Tietê, Pinheiros e Tamanduateí Formado por camadas de argilas orgânicas moles e areias finas argilosas Formação em regime fluvial em processo de: meandragem ou; inundação de várzea Devido a heterogeneidade, classificou-se o solos pela cor: Aluviões Orgânicos Pretos Aluviões Orgânicos Cinza-escuros Aluviões Amarelos

11 Cidade de São Paulo Parâmetros de Granulometria e Resistência ao Cisalhamento: Aluvião Número de amostras S (%) % de Parâmetros de Resistência Arg. Silte Areia c (kpa) φ a c (kpa) φ a Orgânico preto 9 90 a a a a 70 4,5 14 5,0 15 Orgânico cinza escuro 4 97 a a a a 66 8,0 17 8,0 20 Amarelo 4 98 a a a 48 6,5 20 5,0 28 Fonte: Negro, A., Ferreira, A. A., Alonso, U. R. e Luz, P. A. C. (1992). Solos da Cidade de São Paulo, Editores, ABMS - NRSP, pág. 166.Capítulo 5 Resistência e Deformabilidade, por Massad,F.

12 Cidade de São Paulo Índices Físicos: - LL 30% a 105% - IP 10% a 35% - Teor de Umidade 31 a 158% - Densidade Natural 13 a 18 kn/m³ - Grau de Saturação 64 a 100% - Índice de Vazios 0,95 a 3,8 -RSA 1 a 9

13 Baixada Santista Modelo da evolução geológica (Modificado de Martin & Suguio) -1º Estágio: - Mar atinge o sopé da Serra do Mar, durante o máximo da Transgressão Cananéia - Deposição das argilas transicionais (AT) e areias transgressivas - Formação Cananéia

14 Baixada Santista Modelo da evolução geológica (Modificado de Martin & Suguio) -2º Estágio: - Fase regressiva - Deposição de cristas praiais (bolsões de areia) no topo dos depósitos arenosos da Formação Cananéia

15 Baixada Santista Modelo da evolução geológica (Modificado de Martin & Suguio) -3º Estágio: - Nível do mar sofre regressão, ficando abaixo do nível atual - Os rios da planície costeira erodem profundamente os depósitos da Formação Cananéia

16 Baixada Santista Modelo da evolução geológica (Modificado de Martin & Suguio) -4º Estágio: - Último evento transgressivo o nível do mar subiu rapidamente, ultrapassando o nível atual - Mar invade as áreas rebaixadas pela erosão, formando extenso sistema lagunar, favorecendo a deposição de sedimentos areno-argilosos ricos em matéria orgânica (SFL)

17 Baixada Santista Modelo da evolução geológica (Modificado de Martin & Suguio) -5º Estágio: - Retorno do nível marinho para o atual - Exposição das cristas praiais arenosas holocênicas - Formação de pântanos nas depressões em zonas baixas

18 Baixada Santista AT Argilas Transicionais: 1º camada e sobre-adensadas SFL Sedimentos Flúvio-Lagunares e de Baías: Levemente sobre-adensadas (solos moles) Mangues ou Aluviões Recentes Sedimentação marinha atual (solos moles)

19 Granulometria e Plasticidade Uma Cidade sem valas Fonte: Negro, A., Ferreira, A. A., Alonso, U. R. e Luz, P. A. C. (1994). Solos do Litoral de São Paulo, Editores, ABMS - NRSP, pág. 113.Capítulo 4 Propriedades dos Sedimentos Marinhos, por Massad,F.

20 Baixada Santista Fonte: Negro, A., Ferreira, A. A., Alonso, U. R. e Luz, P. A. C. (1994). Solos do Litoral de São Paulo, Editores, ABMS - NRSP, pág. 103.Capítulo 4 Propriedades dos Sedimentos Marinhos, por Massad,F.

21 2. Micro-Túneis - Classificação - Pipe Jacking - Perfuração Direcional

22 Micro-Túneis Caracterização: Não tripulado - Menores Diâmetros - Escavação mecanizada : - Escarificação - Desagregação mecânica - Desagragação hidráulica - Sem escavação: - Cravação do Revestimento (Pequeno Diâmetro e Levantamento)

23 Classificação

24 Sistema de Pipe Jacking Uma Cidade sem valas

25 Sistema de Perfuração Direcional Uma Cidade sem valas

26 3. Dirigibilidade de Micro-Tuneladoras - Perfuração Direcional - Pipe Jacking

27 Dirigibilidade - Dificuldade em solos moles para se conseguir manter a trajetória planejada - A Dirigibilidade depende fundamentalmente de dois fatores: 1. Esforços Solicitantes 2. Esforços Resistentes

28 Dirigibilidade Uma Cidade sem valas - Solicitação = f( γ t γ s ) γ s A) Se (γ t γ s ) = 0; fácil controle da direção para qualquer solo γ t B) Se (γ t γ s ) > 0; micro-tuneladora pode afundar C) Se (γ t γ s ) < 0; micro-tuneladora pode subir

29 Dirigibilidade Uma Cidade sem valas - Se (γ t γ s ) > 0 e a resistência do solo for baixa, existe a tendência da microtuneladora afundar

30 Dirigibilidade Uma Cidade sem valas - Se (γ t γ s ) < 0 e a resistência do solo for baixa, existe a tendência do micro túnel subir Comparar com a resistência do solo 0.285

31 4. Controle da Dirigibilidade Uma Cidade sem valas - Redução do esforço solicitante: - Redução do peso da micro-tuneladora - Redistribuição de carga da micro-tuneladora - Aumento da resistência não drenada do solo: - Aumento da sucção - Tratamento do solo

32 Redução do esforço - Pipe Jacking Uma Cidade sem valas - Dirigibilidade em solos dependem da capacidade de carga do solo e da rigidez do revestimento - Em solo mole, o aumento da resistência não drenada se dá: 1. Por aumento da succção resultando do alívio de tensões na escavação 2. Execução rápida (para não dissipar a pressão neutra negativa) - Para maiores tempos de execução, ocorre dissipação da pressão neutra - Enrijecimento através da fixação das juntas tranversais

33 Redistribuição de carga em Pipe Jacking

34 4. Tratamentos Uma Cidade sem valas - Estaca escavada - CCP - JGV - StabTec - Contínuo x Descontinuo (Ilhas)

35 Estaca Escavada Uma Cidade sem valas - Execução por escavação mecânica - Origem com uso de lama bentonítica - Revestimento parcial ou total - Tipos principais: 1. Trado mecânico 2. Strauss 3. Hélice Contínua 4. Estacão

36 CCP - Cement Churning Pile - Execução de colunas solo melhorado com mistura de aglutinante in situ - Execução de pré-furo no trecho inicial, quando em camada dura - Após atingir a cota necessária de perfuração, inicia-se o processo de injeção da calda - Economia no consumo do aglomerante durante a fase de injeção, pois se consegue tratar o solo em uma altura pré-estipulada ao longo da profundidade - Diâmetros usuais: 0,4m a 1,0m

37 CCP - Cement Churning Pile Uma Cidade sem valas

38 JGV - Jet Grouting Vertical - Equipamentos e procedimentos praticamente idênticos aos descritos para o CCP - Unidade compressora de ar, hastes de perfuração e injeção de paredes duplas - Permite a obtenção de colunas de diâmetros superiores àqueles do processo CCP - Diâmetros usuais: 0,8m a 2,0m Uma Cidade sem valas

39 StabTec - Mix in Place - Tecnologia nova no Brasil: custo de mobilização x volume - Mistura mecânica e monitorada de aglomerantes em pó com solos moles - Solos Saturados - Submerso - Dimensões em plantas do mixer: 0,80 x 1,60m - Não remove materiais duros: pavimento, piso e solos médios

40 Adaptação StabTec - Mix in Place Uma Cidade sem valas Escavadeira usual Unidade compressora + Aglutinante

41 StabTec - Mix in Place Uma Cidade sem valas

42 Exemplo Estaca Escavada Uma Cidade sem valas 300 Strauss Ø30cm Ø30 90 Estaca Escavada Perfuração Ø30 90 Ø9,2 região tratada Planta Perfuração Perfil

43 Exemplo - CCP Uma Cidade sem valas Ø50 CCP Ø50cm Perfuração 400 Ø Ø9,2 20 Planta Perfuração região tratada Perfil

44 Exemplo - JGV 300 Ø80 JG Ø80cm Perfuração Ø Ø9,2 Perfuração 75 Planta região tratada 145 Perfil

45 Exemplo - StabTec StabTec Perfuração Ø9,2 região tratada Planta Perfuração 80 Perfil

46 5. Escolha do Processo - Análise de Decisão - Fatores de Escala e Atributos - Função Utilidade - Utilidades Ponderadas e Total

47 Análise de Decisão - A tomada de decisão depende, em grande parte, de várias informações que a subsidiam, às quais podem ser associadas incertezas, o que torna difícil executar uma tomada de decisão por meio de uma análise informal e intuitiva. - Pode-se aperfeiçoar este processo de decisão, efetuando uma análise formal e objetiva. - Análise de Decisões baseia-se na escolha da alternativa de maior utilidade esperada

48 Escolha do método de execução de túnel de grande diâmetro Fatores de Escala e Atributos Uma Cidade sem valas Scaling Weights Groups of Consequences Attributes (x i ) Comparison within group Comparison between groups Relative Scaling Factor (k i ) A. Economical B. Social C. Environmental A.1 Direct Cost A. 2 Induced Damage Cost B.1 Urban Traffic Impact B.2 Induced Damage Impact C.1 Neighbourhood Impact C.2 Generated waste Impact

49 Função Utilidade Uma Cidade sem valas Attribute Utility Function (μ i (x i )) Groups of Consequences Attributes (x i ) Unit Worst Value Best Value Tunnelling Process 1-NATM 2-AIR 3-EPB 4-Slurrv 5-Combined A. Economical A. 1 Direct Cost A. 2 Induced Damage Cost 10 6 R$/km 10 7 R$/km B. 1 Urban Traffic Impact Nodal Points B. Social B. 2 Induced Damage Impact 10 3 persons day 2, C. Environmental C. 1 Neighbourhood Impact C. 2 Generated waste Impact Ha m 3 15,

50 Utilidades Ponderadas e Total Uma Cidade sem valas Scaled Utility Functions Groups of Consequences Attributes (x i ) Tuunelling Process 1-NATM 2-AIR 3-EPB 4-Slurry 5-Combined A. Economical A.1 Direct Cost A.2 Induced Damage Cost B. Social B.1 Urban Traffic Impact B.2 Induced Damage Impact C. Environmental C.1 Neighbourhood Impact C.2 Generated waste Impact Overall Utilities

51 Escolha do método de tratamento para execução de perfuração direcional Fatores de Escala e Atributos Grupos de Consequências Atributos Escala de Pesos Comparação dentro do grupo Comparação entre grupos Fator de Escalas Relativas (k i ) A. 1 - Custo de mobilização A. Econômicos A. 2 - Custo direto de execução A. 3 - Falha e Retrabalho B. Social C. Ambiental B. 1 - Impacto no tráfego local B. 2 - Duração da obra C. 1 - Impacto de vizinhança C. 2 - Impacto de resíduos não-inertes

52 Função Utilidade Uma Cidade sem valas Grupos de Consequências Atributos (x i ) Unidades Pior Valor Melhor Valor Stab Tec Utilidade Atribuída (μ i (x i )) JG φ 60 CCP φ 50 Strauss φ 30 A. 1 - Custo de mobilização 10 3 R$ 45,00 5,00 1,00 0,88 0,88 0,00 A. Econômicos A. 2 - Custo direto de execução 10 3 R$ ,00 0,75 0,75 0,00 A. 3 - Falha e Retrabalho 10 3 R$ ,00 0,75 0,75 0,00 B. Social B. 1 - Impacto no tráfego local Obstrução % ,00 0,50 0,50 0,00 B. 2 - Duração da obra Dias 5 3 0,50 0,00 0,00 1,00 C. 1 - Impacto de vizinhança Ha 1,5 0,5 1,00 0,00 0,00 0,50 C. Ambiental C. 2 - Impacto de resíduos nãoinertes m 3 2 0,5 0,00 0,33 0,33 1,00

53 Utilidades Ponderadas e Total Uma Cidade sem valas Grupos de Consequências Atributos Utilidades Escaladas StabTec JG φ 60 CCP φ 50 Strauss φ 30 A. 1 - Custo de mobilização A. Econômicos A. 2 - Custo direto de execução A. 3 - Falha e Retrabalho B. Social C. Ambiental B. 1 - Impacto no tráfego local B. 2 - Duração da obra C. 1 - Impacto de vizinhança C. 2 - Impacto de resíduos não-inertes Utilidade Conjunta U(x):

54 6. Comentários Finais

55 1. Solos Muito Mole da Capital são orgânicos e mais siltosos, adensando mais rapidamente do que as argilas orgânicas. 2. Nem todos os solos orgânicos do litoral são muito moles só os SFL e os de mangue. 3. Dirigibilidade de micro-túneis em solo depende da solicitação = (diferença (γ t -γ s ).Vol) e da resistência ao cisalhamento do solo.

56 4. Controle da solicitação por redução do peso da tuneladora ou por redistribuindo da carga. 5. Controle da dirigibilidade por aumento da sucção ou por tratamento do solo. 6. Tratamento com a adição de aglutinante no solo, de forma contínua ou descontínua.