Soil conditioning for underground excavations using TBM-EPB tunnels with influence of chemical and electrical agents

Este trabalho apresenta uma proposta de estudo sobre o tema de condicionamento de solos argilosos por meio de variações de alcalinidade e passagem de corrente elétricas pelo material argiloso, a fim de estudar o problema do clogging em escavações mecanizadas subterrâneas via Tuneladoras (Tunneling Boring Machines - TBMs) em modo Earth Pressure Balance (EPB). Este tema tem sido motivo de muitos estudos, pois, uma vez constatada sua ocorrência, os danos por ela causados envolvem: decréscimo nas taxas de avanço do TBM, acréscimo de manutenções e trocas de ferramentas de corte, além de aumentos significativos no tempo de exposição de operários sob-regime de trabalho hiperbárico. Para tal, foram escolhidas 5 amostras de solos argilosos comumente encontrados na região de São Carlos-SP. Os solos foram submetidos a ensaios de caracterização geotécnica e elétrica bem como determinação de limites de liquidez, plasticidade, granulometria e resistividade elétrica. O material estudado apresentou e limites de plasticidade consideráveis,. Os valores de pH das amostras variaram entre 5 e 7. As amostras foram saturadas inicialmente com água destilada e então submetidas a ensaios de aderência em superfície metálica (pá misturadora) do agitador mecânico (argamasseira). Em seguida foram adicionadas quantidades de dispersante químico NaOH, para e alterar pH do solo de forma gradual até o valor limite (pH=14).Os resultados apontaram que para tal mudança na alcalinidade do material quantidades entre 1 e 2% em relação a massa de solo seco foram suficientes. Para cada incremento de pH, foi acoplada uma corrente elétrica contínua com propósito de melhorar a desagregação das partículas de argila. A eficiência do condicionamento dos solos através pesagens comparativas entre o solo aderido na superfície metálica saturado apenas com água e o solo condicionado com NaOH mais a adição corrente elétrica apresentaram valores de melhoria na ordem de 95%.. As medidas de trabalhabilidade obtidas através do abatimento e cone e densidade do material escavado apresentaram valores satisfatórios em relação aos valores teóricos apresentados por estudiosos no assunto. Espera-se que estas combinações entre agentes químicos e elétricos possam gerar resultados significativos no combate ao efeito de clogging, contribuindo então para a solução desse problema vivenciado na prática da execução de túneis.This work presents a proposal of a study on the subject of conditioning of clayey soils by means of variations of alkalinity and passage of electrical currents by the clayey material, in order to study the problem of clogging in underground mechanized excavations via Tunneling Boring Machines (TBMs ) in Earth Pressure Balance (EPB) mode. This issue has been the subject of many studies since, once it has been detected, the damage caused by it involves: decrease in TBM rates, increase of maintenance and cutting tool changes, and significant increases in exposure time of workers under a hyperbaric work regime. For this, 5 samples of clayey soils commonly found in the region of São Carlos-SP were chosen. The soils were subjected to geotechnical and electrical characterization tests as well as determination of liquidity, plasticity, grain size and electrical resistivity limits. The material studied presented considerable limits of plasticity. The pH values of the samples ranged from 5 to 7. Samples were initially saturated with distilled water and then subjected to metal surface (mixing blade) tests of the mechanical stirrer (mortar). Subsequently, amounts of chemical dispersant NaOH were added to gradually change the soil pH to the limit value (pH = 14). The results indicated that for such a change in the alkalinity of the material quantities between 1 and 2% in relation to the mass of dry soil were sufficient. For each pH increase, a continuous electric current was coupled with the purpose of improving the disintegration of the clay particles. The efficiency of soil conditioning through comparative weighing between the soil adhered on the metal surface saturated only with water and the soil conditioned with NaOH plus the electric current addition presented improvement values of 95%. The workability measurements obtained through the abatement and cone and density of the excavated material presented satisfactory values in relation to the theoretical values presented by scholars in the subject. It is expected that these combinations between chemical and electrical agents can generate significant results in the fight against the effect of clogging, thus contributing to the solution of this experienced in the practice of tunneling