27) injeção de consolidação de calda de cimento - lan - luiz a
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01/10/13 27) Injeção de Consolidação de Calda de Cimento - LAN - LUIZ A. NARESI JR
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LAN - LUIZ A.NARESI JR
LAN - ESPECIALISTA
EM FUNDAÇÕES
PESADAS E
GEOTECNIA
00) SERVIÇOS
01) Estacas Raiz
02) Concreto
Projetado
03) FUNDAÇÃO
MECANIZADA COM
WIRTH
04) Execução de
uma "Cortina
Atirantada"
05) LIBERAÇÃO DE
BASE DE
TUBULÕES
06) Execução de
Contenção de
Encosta em Solo
Grampeado
07) Estaca Hélice
Continua
Monitorada
08) PROVA DE
CARGA VERTICAL
ESTÁTICA À
COMPRESSÃO
09) TRABALHOS
CURRÍCULOS E
ANEXOS
10) Tubulões a Ar
Comprimido com
camisa metálica
entubada
11) Estacas
Escavadas
12) JET-GROUTING
13) DHP - DRENO
HORIZONTAL
PROFUNDO
14) ENFILAGENS
PARA CONTENÇAÕ
DE ABOBODAS DE
TÚNEIS
15) CORTINAS COM
TIRANTES
16) SONDAGEM A
PERCUSSÃO
17) INJEÇÃO DE
CONSOLIDAÇÃO
DE MACIÇO
18) CORTINA DE
INJEÇÃO DE
BARRAGENS -
CONSOLIDAÇÃO
19) Execução de
Estacas Franki
20) Parede
Diafragma Moldada
"In Loco" com
auxílio de Lama
bentonítica.
21) Metodologia de
Cálculo para B.D.I.
22) Recuperação de
Áreas Degradadas
23) Execução de
projetos de
contenção e
Geotecnia
24) Muro de Arrimo
25) EXECUÇÃO DE
PROTENSÃO DE
TIRANTES E
PLANOS DE
PROTENSÃO
26) Elaboração de
Composição de
Custo Unitário
27) Injeção de
Consolidação de
Calda de Cimento
28) Projeto de
Injeção de
Consolidação de
Maciço para
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27) Injeção de Consolidação de Calda de Cimento
PROCEDIMENTO EXECUTIVO PARA
INJEÇÃO DE CALDA DE CIMENTO
INJEÇÃO DE CALDA DE CIMENTO.
1) INJEÇÃO DE CALDA DE CIMENTO :
A injeção de calda de cimento não é uma prática comum em obras, devendo ser divulgadopara conhecimento e solução de problemas em diversas obras de engenharia, podendo ser
utilizada para correção e tratamento de solos e maciços rochosos, recalques diferenciais em
fundações, principalmente no intuito de:
· Retirada e redução de vazamento a níveis aceitáveis de barragens de solo, concreto,reduzindo a perda d’água por percolação e vazamento, devido a vício da construção, nestes
maciços;
· Controlar a pressão d’água dentro do maciço da fundação e no contato estrutura – fundação
da barragem, deixando a barragem estável;
· Melhorar a resistência mecânica e as propriedades elásticas das rochas fraturadas;
· Consolidação de solos moles, melhorando a capacidade de carga e suporte destes tipos de
solos;
A real necessidade ou tratamento final depende de alguns fatores técnicos:
· Percolação de água em locais onde é necessário a estanqueidade das estruturas;
Elaboração de ensaio de perda d´água nas paredes da estrutura de adução da Usina de Serra da Mesa para definição do tipo de injeção de consolidação e de contato
em função dos resultados dos ensaios de perda d´água.
· Altura do NA (nível d’água) do reservatório;
· Permeabilidade da fundação;
· Importância da perda d’água através da fundação;
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consolidação de
solo mole em
aterros rodoviários
29)REBAIXAMENTO
DE LENÇOL
FREÁTICO
30) TUBULÃO A AR
COMPRIMIDO
EXECUTADO COM
CAMISA DE
CONCRETO
ARMADO
31) EXECUÇÃO DE
TUNNEL LINER
32) GEOCÉLULA
33) Barreira
Dinâmica contra
queda de bloco de
rocha
34) Pontes
35) Contenção com
Estaca Prancha
36) Contenção de
Valas com Forma
Metálica deslizante.
37) Drenos Verticais
de Areia e
Fibroquímicos
38) Exploração
básica de um poço
de Petróleo
39) Execução de
Estruturas em
Gabião
40) CONTENÇÃO
COM GRELHAS
ATIRANTADAS
41) Solo Ensacado -
Rip-Rap
42) Cortinas
Cravadas
43) ESPAÇOS
CONFINADOS
A) EQUIPAMENTOS
DE FUNDAÇÃO
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Balão Intragástrico
para combate a
obesidade
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ENGENHARIA
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PROJETOS DE MÓVEIS
VII SIMPÓSIO SOBRE
PEQUENAS E MÉDIAS
CENTRAIS
HIDRELÉTRICAS
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· Natureza da rocha e suas fraturas;
· Baixa capacidade de suporte;
· Baixa coesão entre partículas.
· Travamento e/ou fixação de dispositivos de ancoragem
Injeção de calda de cimento com pressão para a colocação de tirantes monobarra para enrijecimento das comportas da Usina de Serra da mesa
As injeções podem ser efetuadas tanto em rochas quanto em solos, onde o que varia são osmétodos de execução; quantidade das linhas de injeção; tipo de obturação; tipo de
perfuração; tipos de injeção; pressões utilizadas nas injeções.
As injeções podem ser dividas de acordo com as suas finalidades:
a) Injeção de Impermeabilização
b) Injeção de Consolidação
c) Injeção de Colagem
d) Injeção de Preenchimento ou Contato
a) Injeção de Impermeabilização: Destina-se a preencher as fissuras e descontinuidades de
qualquer tipo de rocha de fundação. Em conseqüência, provocam a perda de cargahidrostática, reduzem a percolação d’água e a subpressão;
b) Injeção de Consolidação: Aumenta a compacidade das rochas, melhorando a sua
resistência mecânica e seu modulo de elasticidade. Emprega-se em rochas fraturadas debaixa resistência e refletem na sua impermeabilização;
c) Injeção de Colagem: Aumentam a aderência na interface barragem e fundaçãocontribuindo para redução da permeabilidade pela subpressão;
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LAN - ESPECIALISTA EM
FUNDAÇÕES PESADAS E
GEOTECNIA
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Local da injeção de contato na camara de adução do paramento frontal da Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa
d) Injeção de Preenchimento ou Contato: Elimina os vazios de estruturas de drenagem e concretos e é executado com baixas pressões.
Estrutura interna de queda d´água para a casa de força daUsina Hidrelétrica de Serra da Mesa que foi
executado uma injeção de contato e colagem de toda estrutura (cerca de 120,00 m de altura)
injeção de consolidação entre o concreto armado e o maciço rochoso.O túnel de adução que foi escavado totalmente em rocha e revestido em concreto armado
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Foto do acervo pessoal mostrando a execução da injeção de consolidação e contato (colagem)
na estrutura do tomada d´água da barragem de Serra da Mesa
Fiscalização da Injeção de consolidação dos condutos forçados em Serra da Mesa
2) PROCESSO EXECUTIVO DE INJEÇÃO.
Em geral, a injeção é efetuada através de furos abertos, em sua maioria com equipamentoroto-percussivo. Esta perfuração é executada com a circulação de água ou ar comprimido parase evitar a penetração de detritos nos vazios e limpeza do furo. O material escavado naperfuração vai sendo expulso do furo durante o processo de perfuração, por esta circulação defluídos.
Estes detritos gerados na perfuração poderão causar a colmatação das fraturas, fissuras ouvazios, impedindo a entrada de calda de cimento, por isso devem ser retirados.
Para a execução das injeções é usual fazer uma linha de furos exploratórios. Nestes furos oprocesso de perfuração é rotativo com extração de testemunho e ensaios de perda d’águapara que se conheça o grau de faturamento da rocha; a percolação de água; e estrutura demaciço. Esta análise será repetida após a execução das injeções para analise da eficácia doprocesso.
3) EQUIPAMENTO DE INJEÇÃO E SUA ORDEM DE EXECUÇÃO
a) Misturadores
b) Agitadores
c) Bombas
d) Equipamentos complementares
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a) Misturadores: Preparam a calda, em geral de alta rotação para dispersar bem os grânulosde cimento;
b) Agitadores: Mantêm a calda homogênea e impede que a mesma se solidifique antes dotempo adequado;
Nota: Usualmente agitadores e misturadores estão acoplado, formando um só equipamento.
c) Bombas: Injetam a calda de cimento sob pressão. Devem ter capacidade de injetar
grandes vazões à pressão bem elevadas;
d) Equipamentos Complementares: Mangueiras; engates rápidos, registros, manômetros,
conjunto de hastes e obturador, que descem ao furo para efetuar a injeção em trechos mais
profundos.
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Agitador de calda e misturados duplo vertical, utilizados para injeção de calda de cimento em
barragens
4) INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO E IMPERMEABILIZAÇÃO
As injeções de consolidação são feitas, para garantia da vedação e estanqueidade diminuindo
a permeabilidade ao longo de uma área relativamente extensa, porém até uma profundidade
relativamente pequena (5 à 10m). Entretanto, como já citado anteriormente, são
efetivamente de consolidação quando a finalidade é melhorar a resistência do solo. As
injeções deste tipo são freqüentemente efetuadas introduzindo-se calda em diversos furos
simultaneamente. Também é comum iniciar por furos mais afastados uns dos outros e apenas
numa segunda etapa, se necessário, injetar os furos intermediários.
As injeções de impermeabilização visam criar uma zona menos permeável, relativamente
estreita, sub - vertical ou levemente inclinada, disposta como uma continuação das
estruturas de impermeabilização da própria barragem. Podem ser constituídas de 1, 2 ou até
3 linhas de furos. É freqüente efetuar uma linha central que vai a maiores profundidades e 2
linhas de furos mais rasos, a montante e jusante.
É importante salientar que a permeabilidade da fundação de um barramento deve ser menorque a do barramento, induzindo as águas de percolação ao sistema de drenagem. No caso de
a permeabilidade da fundação ser maior que a do barramento, corre-se o risco do fenômeno
de “piping” e liquefação da fundação.
As injeções nos furos podem ser executadas de 2 maneiras: DESCENDENTE ou ASCENDENTE.
Método dos estágios ascendentes consiste em abrir o furo de uma só vez em toda sua
profundidade e injetá-lo de baixo para cima, em diversos estágios de injeção, que em geralcoincidem com a subdivisão das zonas, levando em conta que às vezes uma zona pode ser
dividida em mais de um estágio.
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No método de estágios descendentes, as operações seguem ordem inversa, abrindo-se o furo somente até o fim dazona mais superficial, injetando-a, reabrindo o furo antes da pega final da calda, perfurando a zona seguinte erepetindo-se o processo até o final do furo.
Perfuratrizes furando os furos primários para injeção de consolidação em uma barragem
É importante que a calda seja perfurada antes de atingir uma resistência elevada, pois, caso
contra-rio, o furo ira desviar da orientação inicial.
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O método ascendente é mais rápido e simples que o descendente. Entretanto o segundo
protege melhor a rocha superficial contra excessos de pressão de injeção, sendo assim o
mais recomendado para rochas em que a porção superficial é mais fraturada e sensível ao
efeito de pressões elevadas.
Analisando o custo, o método ascendente se torna mais viável, pois envolve uma menor
quantidade de perfuração.
Exemplificando melhor, a perfuração no trecho de injeção no método ascendente perfuraria
somente uma única vez, onde no método descendente o mesmo trecho será perfurado mais
vezes. Este acréscimo proporcional pode ser observado no gráfico abaixo:
Deve-se sempre analisar com cuidado o método que mais se adéqüe ao caso da obra,tentando sempre buscar a otimização entre custo e qualidade.
5) PRESSÃO DE INJEÇÃO
As pressões de injeção constituem um parâmetro controverso e que deve ser bem estudado
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antes do inicio dos trabalhos, de modo a se obter os melhores resultados pelo menor custo.
Uma maior pressão de injeção faz crescer a quantidade de calda injetada e sendo a pressão
muito alta, pode determinar a perda de coesão da rocha/solo (craqueamento do solo).
A pressão ideal de injeção, para um determinado maciço rochoso de fundação, é a pressão
máxima que não cause movimentação do maciço e, portanto é determinada em função daprofundidade da zona injetada, estrutura da rocha, altitude das fraturas e da sobrecarga
devida à estrutura e do nível do lençol freático.
As altas pressões geralmente trazem economia aos trabalhos, uma vez que elas tendem a
produzir um alargamento nas fissuras e com isso permitem uma penetração melhor até
mesmo de calda relativamente grossas e feitas com cimentos comuns. Também ampliamsubstancialmente a distância de penetração das caldas. Assim, pressões elevadas tendem a
aumentar a quantidade de calda que é injetada a partir de um mesmo furo, aumentando seu
raio de influência, fazendo com que se possa efetuar o tratamento de modo mais eficiente e
com menor numero de perfurações. Como o custo da perfuração constitui, via de regra, a
maior parcela no custo total de um trabalho de injeção, o emprego de altas pressões pode
diminuir consideravelmente o custo de um tratamento deste tipo além de normalmente
melhorar bastante a sua qualidade.
O principal argumento contra pressões muito elevadas é de que as mesmas podem causar
danos irreversíveis à rocha como abertura de novas fraturas e até mesmo aberturas de juntas
que estavam seladas no caso de rocha de baixa resistência.
Estas pressões são geralmente definidas pelos projetistas ou contratantes conforme estado
de confinamento do solo/rocha. No processo de injeção o comportamento das pressões de
injeção varia muito e deve ser interpretado:
• Após abertura da manchete e rompimento da bainha (Pa), observa-se uma queda brusca da
pressão (Pi), caracterizando o início da injeção do solo.
• À medida que a injeção prossegue novos trechos do solo podem ser rompidos e preenchidos
com calda, acarretando um aumento lento e progressivo da pressão. Algumas vezes, é
comum observar um ligeiro aumento brusco de pressão, voltando, em seguida, a aumentar
lentamente. Este fato é explicado pelo: o aumento repentino da pressão que promove a
ruptura de mais um trecho do solo que, em seguida, passa a ser preenchido com calda.
• Se, em determinado momento, a pressão de injeção fica estabilizada, ou até diminui, podeser que o plano de ruptura tenha interceptado um vazio, que está sendo preenchido comcalda. Após esta cavidade ser preenchida, a pressão provavelmente voltará a subir,caracterizando o seu preenchimento.
6) INJETABILIDADE DE CALDA
A noção de injetabilidade da calda pode ser definida como a capacidade da calda de penetrarno meio a ser injetado, e é dada pela seguinte função:
Injetabilidade = (fluidez, Estabilidade)
Há para cada tipo de calda um melhor trabalho a ser executado, para comparar ainjetabilidade de varias caldas, e devido a sua velocidade de escoamento e que é feita
através de um funil padrão.
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Os Fatores água/cimento ou água/sólidos variam desde 4:1, em calda ralas, ate 0,4:1em caldas grossas. Caldas muitos ralas são mais fluidas e injetam mais facilmente, porémsegregam rapidamente, isto é, as partículas de cimento sedimentam rapidamente, e oproduto final após a solidificação é mais fraco e lixiviável. Outro fato importante a se lembraré que quando uma calda mais rala encontra grandes vazios como fendas e trincas, asedimentação ira facilitar a evaporação da água, assim tornando ineficiente o processo deinjeção, pois restaram vazios no solo/maciço tratado.
Já as caldas grossas são menos fluidas e injetam com mais dificuldade as fissurasfinas, porém injetam bem as mais abertas e dão produtos finais mais resistentes, após apega.
7) ADITIVOS E MATÉRIAS USADOS NAS CALDAS
a) Micro-cimento
b) Bentonita
c) Tenso-Ativos
d) Aceleradores
e) Expansores
a) Micro-cimento: Trata-se de um produto cimentício a base de clínquer, micropulverizado. Onde o diâmetro varia de 20 µm a 30 µm, possibilitando uma altainjetabilidade em micro-fissuras.
b) Bentonita: Utilizada geralmente em porcentagens muito pequenas (2 a 3%em peso dos sólidos) para melhorar a injetabilidade. A Bentonita, sendo umaargila altamente expansiva e tixotrópica, possibilita a diminuição do fator A/C dacalda, reduzindo a massa especifica, seu consumo de cimento e fluidez da calda.
c) Tenso-Ativos: Substância que diminuem a tensão superficial e permite aperfeita “molhagem” dos grãos do cimento, melhorando a curva de injetabilidade.
d) Aceleradores: São empregados em injeções de maciços rochosos, quando sedesejam obter resistências mecânicas relativamente altas as primeiras idades(economia de tempo). Os aceleradores mais empregados são à base de cloreto decálcio, carbonetos e hidróxidos alcalinos e trietamolamina.
e) Expansores: aumentam a penetração e a estabilidade das caldas nasfissuras. O expansor mais comum e utilizado nas injeções de calda de cimento é opó de alumínio.
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Alem destes aditivos, são também utilizadas caldas com pozolana oferecendo asvantagens de maiores resistências a dissolução, menor permeabilidade e maior economia,mas com o inconveniente de ligeira diminuição da resistência a compressão.
OBS: é preciso verificar se a calda endurecida nas fissuras não terá menor resistênciado que a própria rocha, o que tornaria ineficiente o acréscimo de qualquer aditivo.
8) CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO DE IMPERMEABILIZAÇÃO EM BARRAGENS
A seqüência de trabalho nas injeções de impermeabilização em barragens énormalmente executada da linha montante para linha jusante, impedindo o represamento daágua. A abertura de novos furos estará sempre condicionada à especificação técnica ouprojetista, tendo em vista que os consumos acima do previsto ocorrem uma transformação decalda e/ou abertura de novos furos.
Quanto à profundidade da injeção, a mesma será estabelecida através de critério depermeabilidade encontrado pelos ensaios de perda d’água, onde nas demais linhas, aprofundidade é determinada através do acréscimo de um trecho de 3 metros onde o consumode cimento foi superior a máxima estabelecida (projetista/especificação).
As distancias entre as perfurações variam para cada tipo de solo/rocha a ser tratada, émuito usual no Brasil furos exploratórios a cada 24 metros e subdivisões eqüidistantes com anomenclatura de ordem primários, secundários, terciários... Já na linha central deve ser parao fechamento/conclusão da cortina, onde em geral são furos rasos e com consumo abaixo doestabelecido caso não ocorra um consumo esperado devera ser aberto furos complementaresentre os furos centrais.
O espaçamento mínimo permitido entre furos é 37,5 cm esta é a distancia é a tomadaentre os eixos dos furos.
A disposição dos furos encontra-se na figura abaixo:
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Após a conclusão da injeção de impermeabilização deverão ser executados furos deverificação bem distribuídos em toda cortina onde nos mesmo deveram ser executado Ensaiode Perda D’água para verificar a eficácia impermeabilização.
Todos os furos injetados da cortina deveram ser repreenchido com caldas mais grossas(A/C 0,5:1) após 1 ou 2 dias que foram injetados, para garantir que não existam vazios nocorpo do furo, devido à sedimentação, assim podendo proporcionar deficiência naimpermeabilização nos furos, esta colmatação deverá ser feita pro gravidade.
9) CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO
O procedimento de injeção de consolidação é muito similar ao da injeção porimpermeabilização, a diferença entre as duas que a calda de cimento terá objetivosdiferentes, a injeção de consolidação tem como foco/objetivo o aumento da capacidade decarga, ou seja, aumento da resistência do solo.
No gráfico de Resistência X Tempo observa-se o aumento da capacidade de carga.
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Observa-se que inicialmente o solo/rocha mantém uma capacidade de suporte de cargaX, onde o todo o processo de injeção da calda de cimento no “solo/rocha” ira destruir aestrutura original do mesmo para assim ocorrer um aumento desta capacidade de carga. Esteaumento de suporte de carga é gradativo com o passar do tempo devendo levar emconsideração que primeiro o solo/rocha fica fragilizado onde este enfraquecimento inicial deveser muito bem estudado para se definir metodologia executiva e para não ocorrer acidentespor recalque acentuado de estrutura ou colapso da fundação
Todas as injeções devem gerar boletins com os resultados que serão analisados poruma equipe técnica onde definirá se os resultados apresentados serão satisfatórios norelatório de conclusão do serviço.
10) BOLETIM DE INJEÇÃO
O boletim de injeção registra a vida do furo devendo ser padronizado para todos osfuros identificando como o furo foi executado e registrando as pressões nas diversas fases daobra.
A proposta para um boletim de injeção bem feito são:
10.1) O CABEÇALHO
O CABEÇALHO: deve ser preenchido de forma correta, pois são de extrema importância osdados técnicos contidos nele. Para futuras consultas e fiscalizações.
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10.2) DENSIDADE REAL DO CIMENTO
Para preenchimento correto do boletim é necessário conseguir juntamente com olaboratório do cliente
ou com fiscalização da obra o( ) que é a densidade real do cimento.
10.3) VOLUME DO CIMENTO
VOLUME DO CIMENTO EM LITROS é a QUANTIDADE DE CIMENTO (kg) divididapela DENSIDADE REAL DO CIMENTO (2º passo)
10.4) FATOR DE CONVERSÃO
FATOR DE CONVERSÃO é um valor obtido pela fórmula abaixo para transformaçãoda calda de cimento de litro para Quilo (kg) e de Quilo (kg) para litros.
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10.5) VOLUME DA CUBA NO MISTURADOR
Nota: depois, dividir o volume da cuba (V) encontrada pela altura (h) correspondeà quantidade de litros por centímetro no misturador.
10.6) RETIDO NA TUBULAÇÃO
(RT) é descrito em 5 atividades onde este valor se repetir em todo o processo deinjeção daquele furo ou trecho; desde que não se altere a quantidade demangueira utilizada para o processo.
· Bater traços de calda suficientes para preencher toda tubulação;
· Fechar os registros de injeção na boca do furo;
· Abrir o retorno deixando a calda circular;
· Após a calda preencher toda a tubulação de injeção e retorno, medirquantos centímetros de calda abaixou na cuba
· E multiplicar a quantidade de centímetros encontrada pelo volume (litros
por centímetro), determinando assim o retido na tubulação.
10.7) TOTAL DA MISTURA POR TRECHO
Se deve pela soma da CALDA BATIDA e a sobra do furo anterior.
10.8) VOLUME INICIAL NO RECIPIENTE
É dado pela diferença entre o TOTAL DA MISTURA e o RETIDO NA TUBULAÇÃO.Isto para cada trecho.
10.9) TRECHO DE INJEÇÃO
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É a CALDA devem ser preenchidos conforme na figura abaixo:
10.10) PRESSÃO PARA ABERTURA DE MANCHETE
É um campo que deve ser preenchido no boletim de injeção somente se a injeçãofor marchetada (obturador duplo), onde este valor é obtido de forma diretaatravés de leitura manométrica.
10.11) PRESSÃO DE INJEÇÃO POR TRECHO
É dada por :
01/10/13 27) Injeção de Consolidação de Calda de Cimento - LAN - LUIZ A. NARESI JR
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Nota: Este Cp (coeficiente de pressão) é obtido juntamente com o cliente/fiscalização ou projeto.
10.12) RETIDO NO RECIPIENTE
É um valor obtido após a injeção do trecho, onde a sua medição e feita emcentímetros e logo após convertido em litros conforme o ITEM 10.5 e 10.6
10.13) TOTAL DA SOBRA
É dado pela diferença de 2 valores já conhecidos O RETIDO NA TUBULAÇÃO (Item6) e o RETIDO NO RECIPIENTE (Item12) conforme Formula abaixo:
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10.14) REAL INJETADO (LITROS)
É dado pela diferença entre de outros 2 valores já conhecido O TOTAL DAMISTURA (Item 10.7) e o TOTAL DA SOBRA (Item 10.13) conforme formulaabaixo.
10.15) REAL INJETADO (KG)
É dado pela conversão de litros para kilo do valor encontrado no ITEM 14 ondeeste fator de correção é de acordo com cada tipo de traço que é explicado no ITEM10.4.
10.16) QUANTIDADE DE SÓLIDOS INJETADO
É dada como a razão entre o REAL INJETADO (KG) ITEM 15 e INTERVALO DOTRECHO de injeção conforme formula abaixo:
10.17) CONTROLE APOS INJEÇÃO
Após a injeção e preenchido conforme figura abaixo:
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10.18) TOTAL DE CALDA BATIDA
SE DEVE PELO SOMATÓRIO DO VOLUME DO CIMENTO E O VOLUME D’AGUA. O VALOR ENCONTRADO SE APLICA
NO RESUMO:
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