1237507062 drenagem de escavacoes

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DRENAGEM DE DRENAGEM DE ESCAVAESESCAVAES

Autor: Eng. Rita Miranda

Coordenao: Prof. F. A. Branco, Prof. Jorge de Brito, Eng. Pedro Vaz Paulo e Eng. Joo Pedro Correia

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1. INTRODUO

2. CLASSIFICAO DAS TCNICAS DEDRENAGEM DE ESCAVAES

3. TCNICAS DE DRENAGEM DE ESCAVAES3.1. Reteno de guas superficiais3.2. Captao directa3.3. Rebaixamento do nvel fretico3.4. Mtodos de excluso

4. ANLISE COMPARATIVA

5. REFERNCIAS

6. EMPRESAS ESPECIALIZADASDRENAGEM DE ESCAVAESDRENAGEM DE ESCAVAES

NDICENDICE

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1. INTRODUO1. INTRODUO

DRENAGEM DE ESCAVAESDRENAGEM DE ESCAVAES

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Drenagem de escavaes

Conjunto de trabalhos efectuados para drenar a gua existente na superfcie do terreno, ou infiltrada neste, junto a escavaes, com carcter provisrio ou definitivo.



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Razes para efectuar a drenagem das escavaes:

- permitir trabalhar a seco no fundo da escavao (economia,comodidade e perfeio do trabalho, etc.);

- escoar a gua da chuva, de outras origens superficiais ou deaquferos subterrneos;

- estabilizar os taludes e reduzir os impulsos em eventuaiscontenes provisrias;

- tornar mais improvveis fenmenos potenciais deinstabilizao do solo no fundo da escavao (arraste de finos,levantamento do solo ou liquefaco);

- prever situaes de acidente (instabilizao dos taludes,rebentamento de condutas) e garantir a segurana dostrabalhadores e equipamento;

- viabilizar determinadas tcnicas construtivas (paredes tipoMunique).



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Exigncias funcionais que devem ser cumpridas (para que a drenagem atinja os seus objectivos):

- a posio do nvel fretico rebaixado deve ser continuamentecontrolada (para se evitarem flutuaes passveis de causar ainstabilidade da escavao), no devendo baixar mais do queo necessrio para a segurana da obra (0.5 - 1.5 m);

- o mtodo escolhido deve assegurar a estabilidade dos taludese fundo da escavao, bem como a integridade e seguranade estruturas adjacentes;

- a gua retirada do terreno deve ser depositada em locais queno afectem a escavao nem os recursos freticos existentes(colectores de esgoto, cursos de gua, etc.).



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Exigncias funcionais que devem ser cumpridas (para que a drenagem atinja os seus objectivos):

- devem ter-se em conta eventuais falhas de corrente ou outrosimprevistos, no dimensionamento dos sistemas de bombagem;

- devem utilizar-se filtros adequados, nos casos em que se proceda a bombagem, para que no haja arrastamento definos do solo.



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2. CLASSIFICAO DAS 2. CLASSIFICAO DAS TCNICAS DE TCNICAS DE

DRENAGEM DE DRENAGEM DE ESCAVAESESCAVAES


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Principais grupos de tcnicas de drenagem de escavaes

- Reteno de guas superficiaisMtodos que impedem o acesso da gua superficial escavao;

- Captao directaMtodos em que se procede bombagem da gua que aflui escavao;

- Rebaixamento do nvel freticoMtodos em que se efectua a pr-drenagem do solo, atravsdo rebaixamento do nvel fretico;

- Mtodos de exclusoMtodos que impedem o acesso da gua subterrnea escavao, atravs da criao de barreiras fsicas.

2. CLASSIFICAO DAS TCNICAS 2. CLASSIFICAO DAS TCNICAS DE DRENAGEM DE ESCAVAESDE DRENAGEM DE ESCAVAES


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Tcnicas que se inserem em cada grupo

Reteno de guas superficiais- valas (valetas), muros e taludes.

Captao directa- bombagem.

Rebaixamento do nvel fretico- poos de bombagem;- agulhas filtrantes;- sistemas de ejeco;- electro-osmose;- captao horizontal.

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Tcnicas que se inserem em cada grupo

Mtodos de exclusoTemporrios- congelao do solo;- paredes de lamas bentonticas;- estacas-prancha.

Permanentes- paredes moldadas;- cortinas de estacas;- jet grouting;- injection grouting;- cortinas horizontais.

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3. TCNICAS DE 3. TCNICAS DE DRENAGEM DE DRENAGEM DE ESCAVAESESCAVAES


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Em que consiste?

Em impedir o acesso da gua superficial escavao.

Como se coloca em prtica?

Recorrendo a dispositivos (valas, muros e taludes), executados a toda a periferia da escavao, que captem a gua no exterior e a encaminhem para fora da zona de escavao.


3. TCNICAS DE DRENAGEM DE 3. TCNICAS DE DRENAGEM DE ESCAVAESESCAVAES

3.1 Reteno de guas superficiais3.1 Reteno de guas superficiais

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Valas (valetas)

Realizadas no p do talude, procedem conduo da gua, por gravidade, at pontos de recolha (poos), de onde esta afastada para local de descarga adequado (colectores de esgoto, cursos de gua, etc.), por gravidade ou por bombagem.




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Valas (valetas)

Principais cuidados:evitar que o material fino do terreno seja arrastado e bombeado, de modo a minimizar o risco de instabilizar as paredes e fundo do poo, e at os taludes, e de desgastar o sistema de bombagem.

Muros e taludes

Principais cuidados:no deixar a gua acumular na sua face, afastando-a para um local de descarga adequado.




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Em que consiste?

Em bombear a gua que aflui escavao para o exterior desta.


Recolhendo a gua que aflui escavao por trincheiras(solos permeveis) ou sistema de caleiras (solos impermeveis) e conduzindo-a, por gravidade, at pelo menos um poo de recolha (chamada), de onde bombeada para o exterior.



3.2 Captao directa3.2 Captao directa

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Trincheiras

Aspectos principais- pendente elevada e preenchimento com camada de materialfiltrante, para minimizar hipteses de entupimento.

Caleiras

Aspectos principais:- embebidas em seixo ou brita e com pequena pendente;- executar sistema, sempre que possvel, fora da rea deimplantao da estrutura;

- assim que deixem de ser necessrias, proceder ao seupreenchimento com argamassa no retrctil.




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Poos de recolha (chamada)

Colocados em locais da escavao que no interfiram com os trabalhos no seu interior, devero ter uma profundidade de 0.5 -1.0 m e um dimetro de 0.6 -1.2 m.




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Principais problemas

- eroso interna (piping);- Levantamento / rotura do solo (heaving).

Limitaes

- apropriada apenas para situaes em que o nvel fretico nose encontra muito acima da profundidade da escavao;

- escavaes de pequena extenso.




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Em que consiste?

Em retirar a gua ao solo, por gravidade ou por diferena de presso, e bombe-la para o exterior da escavao.


Atravs de captaes verticais (poos de bombagem, agulhas filtrantes, sistemas de ejeco ou electro-osmose) ou horizontais.



3.3 Rebaixamento do nvel fretico3.3 Rebaixamento do nvel fretico

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Quando se utilizam?- em solos permeveis;- quando a profundidade a atingir elevada e o nvel freticose encontra prximo da superfcie.

Como se coloca em prtica?Executando poos, na periferia da escavao, at profundidade pretendida, nos quais se insere uma tubagem envolta em filtro adequado. Estes podem ser selados (com bentonite ou argila) junto superfcie, se se pretender um maior rebaixamento (devido criao de vcuo). A bombagem efectuada em contnuo, por uma bomba de sucocolocada na superfcie do terreno ou atravs de uma bomba submersvel colocada no fundo do furo.

Poos de bombagemPoos de bombagem




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Bomba de suco

Aspectos principais:- dificuldades em atingir profundidades superiores a 4 - 5 m, a no ser que se conceba um sistema por andares;

- fcil controlo do arrastamento de finos do solo.

Bomba submersvel

Aspectos principais:- consegue atingir profundidades de 15 - 30 m;- associada a vcuo permite drenar eficazmente solos pouco

permeveis (poo de grande dimetro sob vcuo).DRENAGEM DE ESCAVAESDRENAGEM DE ESCAVAES




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Poo de grande dimetro sob vcuo

- perfurao de furo com 30 - 60cm de dimetro;

- colocao de tubo com 15 - 20cm no seu interior;

- preenchimento do espaointermdio com areia e areode granulometria apropriada;

- vedao, com bentonite ouargila, do espao entre o tubo eo furo.





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Agulhas filtrantes (well-points) = tubos de ferro ou de PVC, com dimetros de 3.75 - 5 cm e comprimentos de 3 - 7 m, perfurados na ponta.

Quando se utilizam?

- em solos pouco permeveis;- em obras pequenas e/ou de curta durao.


Introduzindo-as no terreno, por injeco de gua atravs da sua ponteira, e ligando-as por mangueiras flexveis a um tubo colector horizontal, e este a um conjunto de bombas de gua e vcuo.

Agulhas filtrantesAgulhas filtrantes



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Limitaes

- altura de rebaixamento de 5 - 6 m, passvel de ser aumentadaatravs da instalao de vrios andares de agulhas filtrantes(afastadas entre si 0.5 a 2.5 m), a profundidades sucessivas, medida que a escavao avana.





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Quando se utilizam?

- em todo o tipo de solos, incluindo solos finos.


Bombeando gua, pelo tubo de ejeco, da superfcie para o fundo do furo, onde um estreitamento gradual de seco provoca uma diminuio da presso. O vcuo criado suga a gua do solo para uma cmara de suco, juntando-a gua ejectada. Este caudal passa por um alargamento gradual de seco, aumentando a presso, o que lhe permite atingir a superfcie e ser encaminhado para um ponto de descarga.

Sistemas de ejecoSistemas de ejeco



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Ejectores

Compostos por um ou dois tubos, consoante caudal de ejeco circule no espao anelar por fora do tubo de subida ou em tubo prprio, respectivamente.

Um tubo Dois tubos




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Vantagens

- permitem atingir profundidades de cerca de 25 m;

Limitaes

- a eficincia de um nico ejector reduzida.




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Quando se utiliza?

- em solos muito pouco permeveis.


Instalando uma diferena de potencial entre dois plos (ctodoe nodo), no solo, que provoca o deslocamento das partculas de gua para os ctodos, de onde so bombeadas para um local adequado.

ElectroElectro--osmoseosmose



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Limitaes

- dbitos bastante baixos.

ElectroElectro--osmoseosmose



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Quando se utiliza?

- em escavaes que se desenvolvem por longos trechos depequena profundidade;

- quando a permeabilidade horizontal superior vertical.


Utilizando tubos flexveis perfurados, colocados mecanicamente num meio com solos granulares homogneos. A drenagem feita graviticamente (quando existe pendente suficiente) ou atravs de bombagem (com bombas centrfugas superfcie).

Captao horizontalCaptao horizontal



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Captao horizontalCaptao horizontal



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Inconvenientes que se podem associar ao processo de bombagem de gua:

- assentamento do solo;- atrito nas estacas;- reduo temporria do fornecimento e qualidade da gua nos

poos da regio;- eroso devida s descargas;- etc..



3.4 Mtodos de excluso3.4 Mtodos de excluso

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Em que consistem?

Em impedir o acesso da gua escavao, atravs da execuo de barreiras (verticais ou horizontais) estanques (pelo que no chega a verificar-se a sua extraco).


Soluo mais desejvel

Prolongar estrutura de conteno at se atingir estrato impermevel, abaixo do fundo da escavao, devendo esta penetrar at uma profundidade suficiente para garantir o tamponamento horizontal da escavao.



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Mtodos de excluso

Temporrios (asseguram estanqueidade apenas durante o perodo de construo):- congelao do solo;- paredes de lamas bentonticas;- estacas-prancha.

Permanentes (garantem estanqueidade a longo prazo):- paredes moldadas;- cortinas de estacas;- jet grouting;- injection grouting;- cortinas horizontais.




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Em que consiste?

Na extraco do calor do solo at que a gua intersticial congele, formando uma cortina de solo congelado volta da escavao (que veda a passagem de gua para o seu interior).


Fazendo circular salmoura (gua salgada) a baixas temperaturas ou azoto lquido pelo interior de tubos duplos, cravados em redor da escavao, em srie ou em paralelo.

Congelao do soloCongelao do solo




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Tubo exterior

- o que fica emcontacto com oterreno e por onde sefaz a troca de calor;

- de ao.

Tubo interior

- para injeco ouretorno do fluido(conformemontagem);

- de plstico.DRENAGEM DE ESCAVAESDRENAGEM DE ESCAVAES




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Salmoura

- circuito fechado;- espaamento entre tubosde 1.2 - 1.8 m.

Azoto lquido

- circuito aberto;- dimetro dos tubos eespaamento entre tubosmenor;

- mais caro;- mais rpido.


Funcionamento de congelador a salmoura

Funcionamento de congelador a azoto lquido




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Em que consistem?

Na materializao de paredes de lama (de bentonite ou cimento-bentonite) em redor de escavaes a cu aberto.

Quando se utilizam?

- em solos granulares (siltes, areias, gravilhas).


Bombeando a lama para o interior de trincheiras, com o avanar da escavao.


Paredes de lamas bentonticasParedes de lamas bentonticas



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Equipamento

- retroescavadoras ou abre-valas (profundidades at 10 m);- equipamentos normalmente utilizados para a execuo deparedes moldadas (profundidades superiores).


Paredes de lamas bentonticasParedes de lamas bentonticas



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Em que consistem?

Em painis metlicos (ou de madeira ou de beto armado) ancorados / escorados, ou no, justapostos verticalmente, de modo a formar uma cortina praticamente estanque.


EstacasEstacas--pranchaprancha



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Tcnicas de cravao

- percusso (terrenos rochosos);- vibrao (solos granulares e coerentes);- injeco lanage (solos incoerentes);- vibroflutuao;- penetrao esttica com macaco.

Problemas que podem ocorrer

- defeitos de verticalidade;- existncia de obstculos;- nega prematura;- deformao das estacas-prancha;- desligamento, rasgos, enrolamentos ou rotura das estacas-prancha.


EstacasEstacas--pranchaprancha



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Em que consistem?

Em elementos de beto armado de grande rigidez perpendicularmente ao seu plano, ancoradas / escoradas, ou no, que funcionam como barreira estanque.

Quando se utilizam?

- quando existem estruturas de grande importncia muitosusceptveis a deformaes perto da nova construo;

- quando se pretende incorporar a parede na estrutura definitiva;- quando se pretende que a parede seja praticamente estanquepor si s;

- em terrenos arenosos ou pouco consistentes, com nvelfretico elevado.


Paredes moldadasParedes moldadas



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Em que consistem?

Em estacas moldadas no solo, executadas por forma a constiturem como que uma cortina praticamente estanque passagem de gua.

Quando se utilizam?

- quando existem estruturas de mdio e grande porte situadasperto da nova construo enterrada (mas no excessivamentesensveis a deformaes);

- em tneis, em zonas urbanas.


Cortinas de estacasCortinas de estacas



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Formas de execuo


Estacas tangentes

Estacas secantes




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Formas de execuo


Estacas espaadas




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Em que consiste?

Na construo de barreiras estanques atravs de jactos, a alta presso, de argamassa no retrctil, que destroem deliberadamente a estrutura do solo, substituindo-a por uma mistura solo-argamassa.

Mtodos de execuo

- mistura local da argamassa directamente no solo;- substituio do solo escavado por argamassa misturada comsolo.


Jet groutingJet grouting



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Em que consiste?

Na injeco de argamassa no solo, a baixa presso, medida que a primeira vai sendo assimilada por este.

Quando se utiliza?

- na criao de membranas relativamente impermeveis;- para colmatar fissuras e vazios em rochas e elementosestruturais.


Injection groutingInjection grouting



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Em que consistem?

Na selagem da base da escavao (com argamassa ou beto), de forma a reduzir o afluxo da gua a partir de um estrato permevel situado abaixo desta.

Quando se utilizam?

- em escavaes profundas;- quando economicamente invivel prolongar barreirasestanques at se atingir macio rochoso ou estratoimpermevel.


Cortinas horizontaisCortinas horizontais



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Opes de materializao

- tcnica do betoimersoescavao, semextraco de gua, atao nvel das fundaese betonagem (atravsde um funil); adquiridaresistncia, bombagemda gua acima dacamada de beto.





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Opes de materializao

- construo de cortinahorizontal pouco profunda,atravs de jactos deargamassa (ou beto,eventualmente armado)ancoragem com micro-estacasou colunas mais profundasfeitas com jactos de argamassa.

- construo de cortina maisprofunda, por injeco deargamassa no solo





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4. ANLISE 4. ANLISE COMPARATIVACOMPARATIVA


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Reteno de guas superficiais

Captao directa

4. ANLISE COMPARATIVA4. ANLISE COMPARATIVA


Taludes

- baratosMuros

- dificultam circulaode equipamento

- simplesEscavaes a cu aberto

TodosValas

DesvantagensVantagensUsosSolos possveis

Mtodo

- s se aplica a casos emque NF no se encontramuito acima daprofundidade daescavao

- levantamento/rotura dosolo (heaving)

- exige menorcapacidade debombagem

- eroso interna (piping)- simples e baratoEscavaes a cu aberto e superficiais

Areias e seixos

Bombagem

DesvantagensVantagensUsosSolos possveis

Mtodo

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Rebaixamento do nvel fretico

4. ANLISE COMPARATIVA4. ANLISE COMPARATIVA


Mtodo Solos possveis Usos Vantagens Desvantagens

-Sem rudoAgulhas filtrantes -Instalao fcil e rpida

-Rudo-Limite de suco: 5-6m

Todos

Electro-osmose

-Pequeno rendimento

-Rpida colocao

-NF elevado

-Rudo de bombagem por suco

-Custo de instalao elevado

Captao horizontal -Seixos a areias finas

Poo de bombagem -Seixos a areias finas

-Solos muito permeveis

Poo de bombagem com bomba submersvel

Seixos a areias finas

-Solos em que a filtragem correcta importante

-Custo de instalao elevado

-Bombagens prolongadas

-Custos de funcionamento aceitveis

-Fcil controlo do arrastamento dos finos no solo

-Custo de instalao baixo

Escavaes profundas

-Sem limite de rebaixamento

-Possibilita a aplicao de vcuo

-Difcil instalao em solos rochosos

Sistemas de ejeco Escavaes profundas

-Sem limite de rebaixamento

Seixos a areias siltosas

-Escavaes a cu aberto

-Bombagens para curto espao de tempo

-Escavaes a cu aberto

-nico mtodo possvel em solos mais impermeveis

-Custos de instalao e operao elevados

-Consolidao de solos argilosos

-Limite com bomba de suco: 4-5m

-Solos muito pouco permeveis

-Menor caudal para o mesmo rebaixamento

-Pequena profundidade de escavao

-Solos estratificados

-Escavaes com desenvolvimento em planta

-Custo de instalao baixo

-Implica o conhecimento das camadas de solo a drenar

-Siltes, argilas e certas turfas

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Mtodos de excluso - Temporrios4. ANLISE COMPARATIVA4. ANLISE COMPARATIVA


- possibilidade da protecono ser estanque

- caro (caso no hajaaproveitamento das estacas)

- instalao rpida

- rudo e vibraes durante ainstalao

- mtodo bem estudadoSem restrioTodos (sem obstrues introduo das estacas)

Estacas-prancha

- pode ser introduzida emcamada impermevel

- custo aumenta comprofundidade e resistnciado solo

- soluo tipo paredemoldada, mas mais barata

- precisa de suporteadequado

- instalao rpidaSem restrioSolos granulares (seixos, areias ou gravilhas)

Paredes de lamas bentonticas

- requer controlo estrito

- custos de instalao e dacentral de refrigeraoelevados

- efectivo para dentro da faceda escavao

- necessrio tempo pararefrigerao

- confere resistncia mecnicaao solo

Sem restrioTodos ou rocha, de preferncia saturados

Congelao do solo

DesvantagensVantagensUsosSolos possveisMtodo

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Mtodos de excluso - Permanentes4. ANLISE COMPARATIVA4. ANLISE COMPARATIVA


- podem funcionar comofundaes(ensoleiramento geral)

- caras- podem ser incorporadasna estrutura

Piso trreo de caves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosCortinas horizontais

- fcil controlo dedimenses e uso dematerial

-Rochas fissuradas

- requer uma barreirarelativamente espessapara assegurar acontinuidade

- equipamento simples,com possibilidade de usoem espaos confinados

Preenchimento de fissuras e vazios, para formar barreiras gua

-Areias e gravilhasInjection grouting



-Rochas fracas

- caro- instalao rpidaSem restrio-TodosJet grouting

- podem ser colocadasmuito perto de fundaesj existentes

- dificuldade em garantirestanqueidade em todo odesenvolvimento

- baixo rudo e vibraoCaves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosCortinas de estacas

- equipamentorelativamente pesado


- baixo rudo e vibrao

- custo muito elevado (seno forem incorporadasna estrutura)

- podem ser incorporadasna estrutura

Caves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosParedes moldadas


- podem funcionar comofundaes(ensoleiramento geral)

- caras- podem ser incorporadasna estrutura

Piso trreo de caves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosCortinas horizontais

- fcil controlo dedimenses e uso dematerial

-Rochas fissuradas

- requer uma barreirarelativamente espessapara assegurar acontinuidade

- equipamento simples,com possibilidade de usoem espaos confinados

Preenchimento de fissuras e vazios, para formar barreiras gua

-Areias e gravilhasInjection grouting



-Rochas fracas

- caro- instalao rpidaSem restrio-TodosJet grouting


- dificuldade em garantirestanqueidade em todo odesenvolvimento

- baixo rudo e vibraoCaves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosCortinas de estacas

- equipamentorelativamente pesado


- baixo rudo e vibrao

- custo muito elevado (seno forem incorporadasna estrutura)

- podem ser incorporadasna estrutura

Caves, estacionamentos subterrneos, docas secas

TodosParedes moldadas


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5. REFERNCIAS5. REFERNCIAS


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- BRITO, Jorge de, Drenagem de Escavaes, InstitutoSuperior Tcnico, 1999

- COELHO, Silvrio, Tecnologia de Fundaes, EdiesE.P.G.E., 1 Edio, 1996

- XANTHAKOS, Petros P., ABRAMSON, Lee W., BRUCE,Donald A., Ground Control and Improvement, John Wiley &Sons, Inc., 1994

- Foundations Engineering Handbook, Editado por FANG,Hsai-Yang, Van Nostrand Reinhold, 2 Edio, 1991

5. REFERNCIAS5. REFERNCIAS


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6. EMPRESAS 6. EMPRESAS ESPECIALIZADASESPECIALIZADAS


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6. EMPRESAS ESPECIALIZADAS6. EMPRESAS ESPECIALIZADAS


- FUNDASOL - Engenharia de Fundaes S.A.

- KELLER GRUNDBAU GMBH

- Sondagens RDIO, Lda.

- TECNASOL FGE - Fundaes e Geotecnia S.A.

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Trabalho realizado com o apoio do Programa Operacional Sociedade da Informao - POSI


1237507062 drenagem de escavacoes

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