PT81268B

PT81268B - Processo para a preparacao de uma argamassa aquosa granular endurecivel e injectavel, utilizavel na consolidacao e/ou impermeabilizacao de solos granulares finos e de solos finamente fissurados

Info

Publication number: PT81268B
Application number: PT81268A
Authority: PT
Original assignee: S I F Entreprise Bachy Sa Sond
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1987-10-20
Also published as: HK43890A; EP0178213B1; FR2571734B1; ATE33262T1; AU4794585A; JPS6197381A; PT81268A; NO164988C; NO164988B; NO854053L; AU578741B2; FR2571734A1; EP0178213A1; AR244776A1; DE3562015D1; JPH0581632B2

Description

Descrição do objecto do invento que

SONDAGES INJECTIONS FORAGES ”S.I.F.” ENTREPRISE BACHY, francesa, industrial, com sede em 29, rue Baudin, 92300 LEVALLOIS-PERRET, França, pretende obter em Portugal, para”PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UMA ARGAMASSA AQUOSA, GRANULAR, ENDURECIVEL E INJECTÁ VEL UTILIZÁVEL NA CONSOLIDAÇÃO E/OU IMPERMEABILIZAÇÃO DE SOLOS GRANULARES FINOS E DE SOLOS FINA MENTE FISSURADOS”

0 invento diz respeito a um processo para a preparação de uma argamassa granular endurecivel à base de produtos minerais, utilizável na consolidação e/ou de calafetamento de solos granulares finos e de solos finamente fissurados.

0 tratamento dos solos por injecção consiste em encher os espaços vazios intergranulares dos terrenos granulares ou as fissuras dum terreno fissurado com argamassa de natureza diversa destinada a modificar as caracteristicas dum terreno assim tratado.

As modificações destinam-se geralmente a um melhoramento das propriedades mecanicas dos terrenos no caso dum tratamento de consolidação ou a uma diminuição da permeabilidade no caso dum tratamento de impermeabilização, É frequente que um tratamento por injecção seja destinado a modificação as duas propriedades.

Por razões técnicas, históricas e económicas, os espa-

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ços vazios mais importantes dum terreno a tratar são preenchidos com argamassas constituídas por uma suspensão granular na água de materiais que apresentem propriedades de ligantes hidráulicos, associados eventualmente a materiais coloidais e/ou a materiais destinados, antes de mais, a aumentar a quantidade de material sólido no seio da argamassa.

A título de exemplo, podem ser citados como materiais que apresentam propriedades de ligante hidráulico:

- os cimentos hidráulicos tais como os cimentos Portland

sem ou com constituintes secundários,

- os cimentos à base de escória de altos fornos,

- os cimentos aluminosos.

Como materiais coloidais utilizados mais frequentemente, podem citar-se:

- as argilas naturais e mais particularmente as que contêm

montmorilonite (silicato hidratado natural de alumínio com um pouco de magnésio) e que são chamadas vulgarmente bentonite.

Os materiais destinados a aumentar a quantidade de material sólido nas argamassas e utilizados frequantemente em injecçâo que podem ser citados, são:

- as areias,

- as cinzas volantes provenientes de centrais térmicas que

consomem carvão,

- carga provenientes de exploração de pedreiras e que podem ser calcárias e/ou silicosas,

- materiais naturais diversos, tais como, cinzas vulcânicas tufas vulcânicas, etc..

Ha vários critérios que permitem quantificar a finura dum material granular e entre esses pode ser mencionada a

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sua superfícies especifica (B.E.T.) ou Blaine). A título indicativo, os cimentos usados vulgarmente para a injecção de terrenos têm uma superfície especifica compreendida, em geral, entre 25OO cm^/g e 4500 cm^/g. Certos cimentos tra tados especialmente para obter uma grande finura podem ter, no entanto, uma superfície especifica que ultrapasse ligeiramente os 5000 cm^/g. As cinzas volantes têm uma superfície especifica compreendida, em geral, entre 25OO e 4500 cm²/g.

As argamassas formadas dos materiais acima mencionados, cuja entrada em suspensão é muitas vezes estabilizada por uma adição de quantidades fracas de coloides argilosos,são utilizadas, frequentemente, para o tratamento por injecção de terrenos de aluvião. Permitem a impregnação de terrenos granulares comportando saibros e areias cujo coeficiente de permeabilização à água, que é considerada como uma caracterização da distribuição e da dimensão dos espaços vazios, é pelo menos de 5 X 10”^ m/s a 1 x 10"3 m/s, segundo o tipo de argamassa. Estas argamassas, tendo um carácter de ligante hidráulico, são utilizadas para tratamentos de consolidação e/ou de calafetamento.

Terrenos com granularidade mais fina e apresentando um coeficiente de permeabilidade à água inferior a 5 X 10“^ m/s podem ser penetrados por argamassas cujos únicos grãos são grãos argilosos, tais como as argamassas de bentonite em flocos. As bentonites podem ser tornadas rigidas no local por intermédio de aditivos químicos, vários, no entanto a resistência mecanica obtida com este tipo de argamassa é muito fraca, se bem que é utilizada sómente para tratamentos de impermeabilização.

0 invento visa proporcionar um processo para a preparação de uma nova argamassa granular endurecivel, injectável, util para consolidação e/ou impermeabilização de terrenos, tendo um coeficiente de permeabilidade á água infe-356667

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rior ao dos terrenos que podem ser tratados pelas argamassas actualmente conhecidas.

A argamassa obtida pelo processo de acordo com o presente invento apresenta as seguintes particularidades:

- os componentes granulares apresentam uma finura nitidamente superior à dos materiais utilizados correntemente para a preparação das argamassas,

- considerados individualmente, cada um de entre aqueles

não apresenta o caracter de ligante hidráulico,

- a sua incorporação no seio duma mesma argamassa provoca

uma reacção de combinação, de caracter pozolanico, que produz a presa e o endurecimento da argamassa,

- cada um dos componentes é minerais,

- caso se desejar, o endurecimento da argamassa pode ser

acelerada com o auxilio dum activador que é igualmente mineral.

Mais particularmente o invento diz respeito a um processo para preparar uma argamassa aquosa granular, emdurecivel injectável caracterizado pelo facto de se incorporarem como ingredientes essenciais (a) particulas finas de silica amorfa, chamadas vulgarmente fumaça de silica, tendo uma superfície específica de, pelo menos, 5m^/g e (h) particulas finas de cal extinta tendo uma superfície especí fica Blaine de, pelo menos, 8000 cm^/g.

0 invento diz igualmente respeito a um processo de consolidação e/ou de impermeabilização de solos granulares, finos e de solos finamente fissurados por injecção nesses solos duma argamassa aquosa granular, endurecedora, caracterizado pelo facto de a referida argamassa ser uma argamassa obtida de acordo com o processo do invento.

0 constituinte (a) é um material industrial, chamado vulgarmente ”fumaça de silica”. Este material é um sub-produto da industria do silico e do ferro-silico e que se

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caracteriza por um tamanho de partículas muito pequeno* (inferior a 0,2 um em média) e por um grande teor de silica amorfa. Os valores habituais da composição química situam-se nos seguintes limites (incluem o facto da fumaça de silica poder provir da fabricação de silicio só ou de ferro-silico com teores diferentes de silic ):

SiOg 86 a 98^ em peso

Fe^Og 0,02 a 5

^A12° 3 ......

A finura das partículas é caracterizada comodamente pela sua superfície especifica que deve ser superior a 5m^g, de preferência superior a 10 m^ /g. Fumaças de slica à disposição no comércio tendo uma superfície especifica de 18 a 22 m²/g demonstraram-se particularmente convenientes mas também podem ser utilizadas sílicas com uma superfície especifica mais elevada.

0 constituinte (b) é cal extinta, caracterizado por um teor em hidroxido de cálcio Ca (OH)^ superior a 9θ5»· Este material pode ser obtido com uma granulometria muito fina e uma superfície especifica Blaine que é superior a 8000 cm^/g. Pela aplicação de tratamentos apropriados ou durante a elaboração ou depois da fabricação da cal extinta, é possivel serem obtidos materiais com uma finura superior, os quais são utulizados com vantagem. Estes tratamentos permitem que seja obtida facilmente cal de finuras Blaine que atingem ou ultrapassem os 20000 cm^/g. É utilizada com vantagem uma cal cuja superficie especifica Blaine seja superior a 10000 cm^/g.

As dosagens possíveis cobram uma vasta gama de concentrações em materiais sólidos e vão da argamassa extremamente fluída que pode comportar menos duma centena de quilogramas de matérias sólidas por metro cúbico de argamassa,

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destinada preferencialmente à injecção de terrenos granulares, finos ou de terrenos finamente fissurados, até à argamassa espesa que pode conter até 350 kg aproximadamente de matérias sólidas por m3 de argamassa,

A razão ponderai cal/silica pode variar, por exemplo, entre 0,2 e 5, de preferência entre 0,2 e 2. A razão óptima poderá ser determinada facilmente, em função dos ingredientes particulares utilizados e do resultado pretendido, em amostras de ensaio. Situa-se, nos exemplos dados a seguir, nos 0,5 πθ que respeita à resistência em compressão. No entanto, considerações económicas, sendo a cal susceptivel de ser obtida a um preço mais económico do que a fumaça de silica, podem levar a ser preferivel a utilização duma proporção de cal mais elevada do que a que dá as resistências mecanicas melhores, sobretudo quando a impermeabilização é a preocupação principal.

Embora a utilização dum activador não seja necessária para desenvolver a reacção de endurecimento da cimbinação silica-cal, pode ser desejável utilizar-se um activador para acelerar o endurecimento da argamassa no caso de se desejar encurtar a demora de ser posto em funcionamento o terreno injectado. Gomo activador pode ser utilizado um material básico, como hidróxido de sódio NaOH (preferido), silicatos de soda com razões ponderais diferentes, carbonato de sódio, potássio, etc.. Estes activadores podem ser utilizados sós ou sob a forma de mistura. A proporção em peso de activador será compreendida habitualmente entre 0 e 5$ aproximadamente em relação ao pêso de cal.

Caso se desejar,de forma facultativa,pode ser incorpora do na argamassa do invento uma carga de finura elevada,com uma superfície especifica Blaine,pelo menos igual a 8000 cm^/g, que pode ser inerte ou apresentar uma certa reactividade intrínseca em função do seu estado de divisão elevada. Esta reactividade intrínseca pode ser aproveitada para influ ir sobre o tempo de presa sobre a evolução da resistência no

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tempo e sobre a economia das argamassas. Um exemplo dessa carga reactiva é o carbonato de cálcio.

As argamassas são preparadas, de forma clássica, num malaxador onde são misturados a água, a "fumaça de silica" que pode estar sob forma pulverulenta seca ou já sob a forma duma suspensão concentrada na água, a cal e ou os activadores eventuais.

As argamassas obtidas assemelham-se às argamassas clássicas à base de cimento e podem ser objecto das medidas clássicas de viscosidade, decantação, ressudação, densidade, tempo de presa, evolução da resistência mecanica com o t empo, etc..

Estas argamassas podem ser assim usadas com o mesmo tipo de material que o utilizado vulgarmente em obras de injecção de argamassa de suspensão granular.

Este novo tipo de argamassa, pela grande finura dos grão que compõem a suspensão, apresenta um grande interesse para o tratamento por injecçâo de terrenos granulares ou fissurados! permite, na verdade praticarem-se tratamento de impermeabilização mas sobretudo de consolidação em terrenos granulares finos, os quais não podem ser impregnados com argamassas clássicas de consolidação à base de cimento, de cinza volantes, etc..

Este tipo de argamassa permite abaixar o limite inferior de permeabilização dos terrenos granulares impregnáveis, tipicamente até 10”5 m/s aproximadamente e isto pode ser interessante para uma proporção muito grande, ou seja total, dos terrenos de aluvião que se não sabe tratar até ao momento com as argamassas conhecidas.

Em resumo, este novo tipo de argamassa apresenta as particularidades e vantagens seguintes:

- é composto duma suspensão na água de "fumaça de silica" e de cal extinta nas proporções determinadas. Não contem nem cimento Portland nem cimento de escórias de altos for-7-

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nos, nem bentonite como a maior parte das argamass'as clássicas .

- consideradas individualmente, a "fumaça de silica” e a cal extinta não são ligantes hidráulicos. A requerente descobriu, de forma inesperada, que a sua combinação no seio de argamassa leva a um fenomeno de presa e de endurecimento.

- em tratamento de consolidação e/ou de impermeabilização, pode impregnar solos granulares finos ou finamente fissurados que não podem ser tratados pelas argamassas clássicas.

- a solidificação, caso se desjar, pode ser acelerada pela incorporação dum ou de vários activadores.

- todos os componentes são minerais. A ausência de qualquer produto orgânico apresenta um grande interesse para o^fcratamento de locais onde as exigências de protecção de ambiente e de ecologia exigem essa ausência.

Exemplos seguintes não limitativos são dados com a finalidade de ilustrar mais em pormenor o presente invento.

Foram preparadas, num malaxador comercial, argamassa doseadas a 175 e 225 kg de materiais sólidos por m3 de argamassa, fazendo variar a razão em peso cal/silica de 0,2 a 5, um activador, constituído por 5% peso de NaOH em ralação ao peso de cal utilizada, sendo adicionado em algumas argamassas. Estas argamassas foram moldadas na forma de pequenas peças de ensaio e foi medida a sua resistência à compressão (em bars) ao cabo de 7, 14 e 28 dias,

A fumaça de silica utilizada era do tipo silica 100 da Société Elkem A/S, Oslo, Noruega. Esta silica, com uma superfície especifica de 18 a 22 m²/g apresentava a análise quimiea seguinte, em peso: 9^— 98$ de θ»02-0,15^ de

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A cal extinta utizada era cal aerea extinta, vulgarmente chamada flor da cal, proveniente dos Estabelecimentos BonargentGoyon, 36800 Saint-Gaultier, França.

Esta cal apresentava a análise quimica seguinte, em pêsoí 93,6% de Ca(0H)₂ 3,6% de CaCO^, 1,6% de C0₂, 0,3% de SiO₂, 0,13% de A1₂O₃, 0,10% de Fe^ e 0, 28% de MgO. A sua superfície específica Blaine era de 10.000 cm^/g aproximadamente.

Os resultados obtidos foram indicados sob a forma de curvas na figura única a qual se anexa e que é um gráfico que dá a resistência à compressão, em bars, em função da relação cal/silica para as várias argamassas ensaiadas.

Por estas curvas deduz-se que a relação cal/silica óptima situa-se em 0,5 aproximadamente, que a resistência à compressão aumenta com o teor em matérias sólidas da argamassa, assim como com o tempo de solidificação. Igualmente, sejfvê que a presença dum activador, ao acelerar o endurecimento, permite que seja atingido mais rapidamente um nivel dado de resistência à compressão.

Deve notar-se, por fim, que a argamassa do invento pode ser utilizada igualmente como material de enchimento de fendas de estanquicidade realizadas nos solos. Estas fendas podem ser executadas sob a forma duma trancha realizada por uma ferramenta que procede a uma extracção de terreno que é substituído pela argamassa ou sob a forma duma sucessão de perfurações deixadas por uma ferramenta cravada no solo, perfuraçífes que são preenchidas de argamassa aquan do da extracção da ferramenta.

Um interesse particular desta argamassa reside no facto de não conter materiais argilosos. No entanto pode ser utilizada sobretudo no caso em que o liquido, que tende a passar através da fenda de estanquicidade, tenha um comportamento agressivo para com materiais argilosos.

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O depósito do primeiro pedido para o invento acima descrito foi efectuada em França, em 12 de Outubro de 1984 sob. ο N2. 84 15659

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Claims

REIVINDICAÇÕES 1*. - Processo para a preparação de uma argamassa a quo sa, granular, endurecivel, injectável, para consolidação e/ou impermeabilização de solos granulares finos e de solos finamente fissurados, caracterizado pelo facto de se incorporarem, como ingredientes essenciais, (a) partículas finas de sílica amorfa, vulgarmente chamadas fumaça de sílica, tendo uma superfície específica pelo menos de 5 tn^/g e (b) partículas finas de cal extinta tendo uma superfície específica Blaine pelo menos de 8000 cm^/g.
2&. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a relação em peso de cal/sílica se encontrar na gama de 0,2 a 5.

32. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a referida relação estar situada na gama de 0,2 a 2.
4^. - Processo, de acordo com a reivindicação 3» caracterizado pelo facto de a referida relação valer aproximadamente 0,5.

52. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de a argamassa conter, no máximo, 350 kg de matérias sólidas por m3 de argamassa.

62. - Processo, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de a cal extinta apresentar uma superfície especifica Blaine pelo menos de 10.000 cm^/g e a fumaça de sílica ter uma superfície específica pelo menos de 10 m²/g,

72. - Processo, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de a argamassa conter,

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além disso, até 5'^- θ™ peso aproximadamente de um activador de solidificação, constituído por uma matéria básica, em relação ao peso de cal extinta.
8^a. - Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de o activador ser escolhido de entre soda, potassa, silicatos de soda e o carbonato de sódio,
9^?. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a argamassa conter ainda uma carga inerte ou reactiva