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Micro Túneis em Solos Muito Mole

21 e 22 de Julho de 2010

São Paulo – SP - Brasil

Dr. Arsenio Negro Jr.

21 e 22 de Julho de 2010


Vice Presidente ABMS: Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia GeotécnicaDiretor da Bureau de Projetos e Consultoria Ltda

Conteúdo

1. Solo muito mole

2. Micro-Túneis

3. Dirigibilidade de Micro-tuneladoras

4. Controle da Dirigibilidade

5. Escolha do Processo

6. Comentários Finais

Uma Cidade sem valas21 e 22 de Julho de 2010




1. Solo muito mole (Capital e Litoral)

- Argila e Siltes Orgânicos Moles: Gênese e

Ocorrência

- Características Geotécnicas

- Índices Físicos

- Resistência e Deformabilidade



Cidade de São Paulo




Geomorfologia do Atlântico Sul e Elementos Tectônicos Principais







Seção Tranversal NW-SE






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 orgânicasmoles 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




Parâmetros de Granulometria e Resistência ao Cisalhamento:

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.

AluviãoNúmero

de amostras

S (%)

% de Parâmetros de Resistência

Arg. Silte Areia c (kPa) φ a c’ (kPa) φ’ a

Orgânico preto 9 90 a 100

17 a 52 11 a 34 21 a

70 4,5 14 5,0 15

Orgânico cinza escuro 4 97 a

10024 a 32 10 a 30 38 a

66 8,0 17 8,0 20

Amarelo 4 98 a 100 34 18 a 24 35 a

48 6,5 20 5,0 28




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

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

Baixada Santista





- 2º Estágio:

- Fase regressiva

- Deposição de cristas praiais (bolsões

de areia) no topo dos depósitos

arenosos da Formação Cananéia

Baixada Santista





- 3º Estágio:

- Nível do mar sofre regressão,

ficando abaixo do nível atual

- Os rios da planície costeira

erodem profundamente os

depósitos da Formação Cananéia

Baixada Santista





- 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)

Baixada Santista





- 5º Estágio:

- Retorno do nível marinho para o

atual

- Exposição das cristas praiais

arenosas holocênicas

- Formação de pântanos nas

depressões em zonas baixas



Baixada Santista

AT – Argilas Transicionais: 1º camada e sobre-adensadasSFL – Sedimentos Flúvio-Lagunares e de Baías: Levemente sobre-adensadas

(solos moles)Mangues ou Aluviões Recentes – Sedimentação marinha atual (solos moles)

Granulometria e Plasticidade

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.





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.



2. Micro-Túneis

- Classificação

- Pipe Jacking

- Perfuração Direcional



Micro-Túneis

Caracterização: Não tripulado

- Menores Diâmetros

- Escavação mecanizada :- Escarificação - Desagregação mecânica - Desagragação hidráulica

- Sem escavação:- Cravação do Revestimento (Pequeno Diâmetro

e Levantamento)



Classificação



Sistema de Pipe Jacking



Sistema de Perfuração Direcional



3. Dirigibilidade de Micro-Tuneladoras

- Perfuração Direcional

- Pipe Jacking



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



Dirigibilidade

- Solicitação = f( γt – γs)

A) Se (γt – γs) = 0; fácil controle dadireção para qualquer solo

B) Se (γt – γs) > 0; micro-tuneladora pode afundar

C) Se (γt – γs) < 0; micro-tuneladora pode subir

γs

γt



Dirigibilidade

- Se (γt – γs) > 0 e a resistência do solo for baixa, existe a tendência da microtuneladora afundar



Dirigibilidade

- Se (γt – γs) < 0 e a resistência do solo for baixa, existe a tendência do micro túnel subir

0.285Comparar

com a resistência

do solo



4. Controle da Dirigibilidade

- 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



Redução do esforço - Pipe Jacking

- Dirigibilidade em solos dependem da capacidade de cargado 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 escavação2. Execução rápida (para não dissipar a pressão neutra

negativa)

- Para maiores tempos de execução, ocorre dissipação dapressão neutra

- Enrijecimento através da fixação das juntas tranversais



Redistribuição de carga em Pipe Jacking



4. Tratamentos

- Estaca escavada

- CCP

- JGV

- StabTec

- Contínuo x Descontinuo (Ilhas)



Estaca Escavada

- Execução por escavação mecânica

- Origem com uso de lama bentonítica

- Revestimento parcial ou total

- Tipos principais: 1. Trado mecânico2. Strauss3. Hélice Contínua4. Estacão



CCP - “Cement Churning Pile”

- Execução de colunas solo melhorado commistura de aglutinante “in situ”

- Execução de pré-furo no trecho inicial, quandoem camada dura

- Após atingir a cota necessária de perfuração, inicia-se o processo de injeção da calda

- Economia no consumo do aglomerante durantea fase de injeção, pois se consegue tratar osolo em uma altura pré-estipulada ao longo da profundidade

- Diâmetros usuais: 0,4m a 1,0m



CCP - “Cement Churning Pile”



JGV - “Jet Grouting Vertical”

- Equipamentos e procedimentospraticamente idênticos aos descritos para o CCP

- Unidade compressora de ar,hastes de perfuração e injeçãode paredes duplas

- Permite a obtenção de colunas de diâmetros superiores àqueles do processo CCP

- Diâmetros usuais: 0,8m a 2,0m



StabTec - “Mix in Place”- Tecnologia nova no Brasil: custo de

mobilização x volume

- Mistura mecânica e monitorada deaglomerantes 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



StabTec - “Mix in Place”

Unidade compressora + Aglutinante

Adaptação Escavadeira usual



StabTec - “Mix in Place”



Exemplo – Estaca Escavada

90

Ø3090

425

500

Ø9,2

300Strauss Ø30cm

75

EstacaEscavada

PerfilPlantaregião tratada

Perfuração

Ø30

90

Perfuração



Exemplo - CCP80

300

20

Ø9,2

400

80

425

100

Ø50

CCP Ø50cm

2575

Perfil

Perfuração

80

Ø50

20

Planta

região tratada

Perfuração



Exemplo - JGV14

5

300

15

região tratada

Perfuração

Planta

Ø80

425

500

Ø9,2

145

JG Ø80cm

2575

Perfil

145

Ø80

15Perfuração



Exemplo - StabTec

Ø9,2

500

80

425

StabTec

PerfilPlanta

Perfuração

80

160 300

80

região tratada Perfuração



5. Escolha do Processo

- Análise de Decisão

- Fatores de Escala e Atributos

- Função Utilidade

- Utilidades Ponderadas e Total



Análise de Decisão

- A tomada de decisão depende, em grande parte, devárias 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 alternativade maior “utilidade esperada”

Escolha do método de execução de túnel de grande diâmetro

Fatores de Escala e Atributos



Groups of Consequences Attributes (xi)

Scaling Weights

Relative Scaling Factor (ki)Comparison

within group

Comparison between groups

A. EconomicalA.1 Direct Cost 0.9 0.6 0.54

A. 2 Induced Damage Cost 0.1 0.6 0.06

B. SocialB.1 Urban Traffic Impact 0.4 0.3 0.12

B.2 Induced Damage Impact 0.6 0.3 0.18

C. EnvironmentalC.1 Neighbourhood Impact 0.9 0.1 0.09

C.2 Generated waste Impact 0.1 0.1 0.01



Função Utilidade

Groups ofConsequences Attributes (xi) Unit Worst

ValueBest Value

Attribute Utility Function (μi(xi))

Tunnelling Process

1-NATM 2-AIR 3-EPB 4-Slurrv 5-Combined

A. Economical

A. 1 Direct Cost 106

R$/km 70 50 1.0 0.4 0.8 0.6 0.0

A. 2 InducedDamage Cost

107

R$/km 8 2 0.0 0.4 0.8 0.6 1.0

B. Social

B. 1 Urban TrafficImpact

Nodal Points 9 2 0.0 1.0 1.0 0.6 0.8

B. 2 Induced Damage Impact

103

persons day

2,138 100 0.0 0.4 0.8 0.6 1.0

C. Environmental

C. 1 NeighbourhoodImpact Ha 9 2 0.0 0.9 1.0 0.8 0.9

C. 2 Generated waste Impact m3 15,000 0 1.0 1.0 0.9 0.0 0.7



Utilidades Ponderadas e Total

Groups ofConsequences Attributes (xi)

Scaled Utility Functions

Tuunelling Process

1-NATM 2-AIR 3-EPB 4-Slurry 5-Combined

A. EconomicalA.1 Direct Cost 0.54 0.22 0.43 0.32 0.00

A.2 Induced Damage Cost 0.00 0.02 0.05 0.04 0.06

B. SocialB.1 Urban Traffic Impact 0.00 0.12 0.12 0.07 0.10

B.2 Induced Damage Impact 0.00 0.07 0.14 0.11 0.18

C. EnvironmentalC.1 Neighbourhood Impact 0.00 0.08 0.09 0.07 0.08

C.2 Generated waste Impact 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01

Overall Utilities 0.55 0.52 0.84 0.61 0.42



Escolha do método de tratamento para execução de perfuração direcional

Fatores de Escala e Atributos

Grupos de Consequências Atributos

Escala de PesosFator deEscalas

Relativas (ki)Comparação

dentro do grupo

Comparação entre grupos

A. Econômicos

A. 1 - Custo de mobilização 0.33 0.60 0.204

A. 2 - Custo direto de execução 0.33 0.60 0.198

A. 3 - Falha e Retrabalho 0.34 0.60 0.198

B. SocialB. 1 - Impacto no tráfego local 0.40 0.30 0.120

B. 2 - Duração da obra 0.60 0.30 0.180

C. AmbientalC. 1 - Impacto de vizinhança 0.20 0.10 0.020

C. 2 - Impacto de resíduos não-inertes 0.80 0.10 0.080



Função Utilidade

Grupos de Consequências Atributos (xi) Unidades Pior

ValorMelhor Valor

Utilidade Atribuída (μi(xi))

StabTec

JG φ60

CCP φ 50

Strauss φ 30

A. Econômicos

A. 1 - Custo de mobilização 103 R$ 45,00 5,00 1,00 0,88 0,88 0,00

A. 2 - Custo direto de execução 103 R$ 250 50 1,00 0,75 0,75 0,00

A. 3 - Falha e Retrabalho 103 R$ 125 25 1,00 0,75 0,75 0,00

B. Social

B. 1 - Impacto no tráfego local Obstrução % 100 50 1,00 0,50 0,50 0,00

B. 2 - Duração da obra Dias 5 3 0,50 0,00 0,00 1,00

C. Ambiental

C. 1 - Impacto de vizinhança Ha 1,5 0,5 1,00 0,00 0,00 0,50

C. 2 - Impacto de resíduos não-inertes m3 2 0,5 0,00 0,33 0,33 1,00



Utilidades Ponderadas e Total

Grupos de Consequências Atributos

Utilidades Escaladas

StabTec JG φ 60 CCP φ 50 Strauss φ 30

A. Econômicos

A. 1 - Custo de mobilização 0.204 0.179 0.179 0.000

A. 2 - Custo direto de execução 0.198 0.149 0.149 0.000

A. 3 - Falha e Retrabalho 0.198 0.149 0.149 0.000

B. SocialB. 1 - Impacto no tráfego local 0.120 0.060 0.060 0.000

B. 2 - Duração da obra 0.090 0.000 0.000 0.180

C. AmbientalC. 1 - Impacto de vizinhança 0.020 0.000 0.000 0.010

C. 2 - Impacto de resíduos não-inertes 0.000 0.027 0.027 0.080

Utilidade Conjunta U(x): 0.830 0.562 0.562 0.270



6. Comentários Finais



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 (γt-γs).Vol) e da resistência ao cisalhamento do solo.



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.

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