Fundações I. UNIVERSIDADE: Curso: Métodos de investigação do subsolo. Aluno: RA: Professor Douglas Constancio. Data: Americana, julho de 2005.

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1 UNIVERSIDADE: Curso: Fundações: Métodos de investigação do subsolo Aluno: RA: Professor: Disciplina: Professor Douglas Constancio Fundações I Data: Americana, julho de

2 CONTEÚDO INTRODUTÓRIO REVISÃO : MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO: MÉTODOS INDIRETOS: 1 SÍSMICA DE REFRAÇÃO: Baseia-se no tempo de percurso de ondas sonoras em horizontes de dois tipos de rochas ou solos. Princípio de funcionamento: V1 < V2 < V3 VELOCIDADE = ESPAÇO TEMPO Determina a velocidade de propagação de ondas. Sismógrafo Portátil Geofone onda direta Martelo (7Kg) Superfície do Terreno V - 1 1ª Camada V - 2 onda refratada 2ª Camada V - 3 3ª Camada 1

3 2 ELETRORRESISTIVIDADE O método da eletroresistividade consiste essencialmente em determinar a diferença de potencial elétrico entre dois eletrodos centrais chamados de eletrodos de potencial, conhecendo-se a intensidade de corrente amigada por dois eletrodos laterais denominados de eletrodos de corrente. Onde: 0 = centro de arranjo A; B = eletrodos de corrente M; N = eletrodos de equipotenciais M.A. = miliamperímetro M.V. = milivoltímetro Tipos de arranjos: Wenner Schulumberger ρa = ΔV * K Resistividade aparente I 2

4 Onde: ΔV = diferença de potencial I = intensidade de corrente elétrica K = coeficiente de correção Nota Importante: Os métodos indiretos não eliminam a necessidade de sondagens diretas, devem ser encarados como um auxiliar eficaz e econômico na resolução de problemas específicos, permitindo reduzir bastante o número de sondagens diretas, mais caras e demoradas. MÉTODOS DIRETOS: São aqueles nos quais retiramos amostras de solo ou rocha para posterior análise em laboratório. 1 MANUAIS: Trado 3

5 Limitações do método: Retirada de amostras deformadas Só para caracterização expedita Encontro do N.A. do subsolo Desmoronamento das paredes laterais Só para solos coesivos Poço ou Poço de Inspeção = 1,00 a 1,10 metros Amostras Indeformadas de Solo (25x25x25) Envoltos em gase e parafina para não perder a umidade (para caracterização tecnológica em labroratório *) * Ensaios de: Umidade, granulometria, limite de liquidez, plasticidade, CBR, proctor, resistência ao cisalhamento, etc. 4

6 Limitações do Método: Encontro do N.A. do subsolo Desmoronamento das paredes laterais Só para solos coesivos Trincheiras São basicamente valas a céu aberto escavadas manualmente nas quais permitem a retirada de amostras indeformadas de solo para uma caracterização em laboratório, sendo que as limitações do método são as mesmas do poço de inspeção. 1,0 a 6,0 metros 5

7 Galeria São escavações feitas em rocha, podendo o seu desmonte ser feito a fogo, com o objetivo de retirada de amostra indeformada para uma posterior classificação geotécnica em laboratório. 2,20 2,20 Limitações do Método: Encontro do N.A. Desmoronamento das paredes 6

8 2 MECÂNICOS: Sondagem à percussão Trata-se de um método que foi desenvolvido pelo engenheiro geotécnico KARL TERZAGHI, durante a Segunda Guerra Mundial para a Força Aérea Americana e tinha como objetivo avaliar as condições do subsolo para fins de construção de pista de pouso de aeronaves. Objetivo do Método: Coleta de amostras semi-deformadas de solo de metro a metro Resistência do solo In Situ através do S.P.T. Perfil Geotécnico do subsolo Profundidade do N.A. estável (N.A. = Nível d água) Equipamentos Principais: Tripé Haste Revestimento T de lavagem Revestimento d água Peso de 65 Kg Trépano ou Broca de Lavagem Barrilete amostrador padrão Conjunto moto-bomba Obs: podem ser vistos nas fotos ilustrativas. 7

9 Mão de Obra: Para a execução da sondagem é preciso 3 pessoas, ou seja, 2 ajudantes e 1 operador. Detalhe: Barrilete amostrador padrão CABEÇA ORIFÍCIO PARA CIRCULAÇÃO DE ÁGUA CORPO CARACTERÍSTICAS: - BIPARTIDO - DIÂMETRO INTERNO = 34,9 mm - DIÂMETRO EXTERNO = 50,8 mm BICO 8

10 BI-PARTIDO 15 cm 1º 15 cm DESPREZA BUCHA 15 cm 45 cm 45 cm 2º 15 cm AMOSTRA SEMI-DEFORMADA 15 cm 3º 15 cm AMOSTRA SEMI-DEFROMADA = OS ÚLTIMOS 30 CM SPT STANDARD PENETRATION TEST É o número de golpes necessários para a cravação dos últimos 30 cm de um barrilete amostrador padrão por um peso de 65 Kg solto a 75 cm de altura em queda livre. Exemplo: Primeiros 15 cm 4 golpes Os próximos 15 cm 5 golpes 15 cm finais 6 golpes Nº. de golpes para penetração de 15 cm Desprezo os primeiros 15 cm (4 golpes) Uso os últimos 30 cm (5 + 6 golpes) Portanto SPT = 11 golpes 9

11 Obs: Quando interromper a sondagem? Alguns dos critérios de parada (DIRETRIZES PARA EXECUÇÃO DE SONDAGENS ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia): Quando encontrarmos o topo rochoso ou matacão de natureza rochosa. Quando por 3 trechos consecutivos forem necessários mais de 45 golpes para a cravação de 5,0 cm do barrilete amostrador padrão. Quando por 30 minutos com o auxílio do trépano ou broca de lavagem, este penetrar somente 5,0 cm. 10

12 Equipamentos para sondagem a percussão: 11

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14 TABELA SEGUNDO VITOR F.B. MELLO: (Mecânica dos solos USP São Carlos) Argilas Consistência: SPT MUITO MOLE < 2 MOLE 2 5 MÉDIA 6 10 RIJA DURA >19 Areias e siltes Compacidade: SPT FOFA 0 4 POUCO COMPACTA 5 8 MEDIANAMENTE COMPACTA 9 18 COMPACTA MUITO COMPACTA > 40 Quantidade de furos de sondagem a executar por m 2 de área a construir (projeção a construir) NBR 8036 Programação de sondagem de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios: ÁREA m 2 Nº DE FUROS < (evitar menos que 3) (evitar menos que 3) (evitar menos que 3) > 2400 Á CRITÉRIO DO PROJETISTA 13

15 MODELO DE PERFIL DE SONDAGEM SPT PROF. DESCRIÇÃO DO MATERIAL N.A , ARGILA SILTO ARENOSA, MOLE, VERMELHA CLARA ARGILA POUCO SILTOSA PLÁSTICA MÉDIA A DURA VARIEGADA, VERMELHA CLARA, AMARELA CLARA (SOLO RESIDUAL) / / 01 I.P. 7,0 12,0 ARGILA SILTOSA COM FRAGMENTOS DE ROCHA DECOMPOSTA, DURA, VERMELHA CLARA / ESCURA (SOLO SAPROLÍTICO) LIMITE DA SONDAGEM 8,00 m VERIFICADO EM 03/03/94 ÀS 16:30 hs DADOS TÉCNICOS: I.P. = IMPENETRÁVEL A PERCUSSÃO DATA DE VERIFICACÃO DO N.A. INICIAL: 8,80 m em 03/03/94 FINAL: 8,00 m em 04/03/94 AMOSTRADOR: Ø INTERNO = 34,90 mm Ø EXTERNO = 50,80 mm PESO: 65 Kg TUBO DE REVESTIMENTO: Ø DE 66,50 mm 14

16 Ensaios Especiais: Durante a execução de uma sondagem à percussão, podemos executar alguns ensaios especiais, sendo que os principais são os abaixo descritos: A Ensaios de Infiltração: Tem a finalidade de determinar o coeficiente de permeabilidade do solo (k). Este ensaio é regulamentado pelo procedimento técnico, publicado pela ABGE, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, no ano de Com a realização deste, podemos avaliar o coeficiente de permeabilidade largamente utilizado dentro da mecânica dos solos na aplicação da Lei de Darcy. A seguir temos um resumo de classificação dos coeficientes e graus de permeabilidade.* Lembrete: Lei de Darcy V = k I A Onde: V = Vazão k = Coeficiente de Permeabilidade A = Área da seção transversal I = Gradiente Hidráulico * É a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à passagem da água através dos seus vazios 15

17 TABELA PARA AVALIAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILADE (k) SEGUNDO MELLO E TEIXEIRA (1967) k (cm/s) SOLO PEDREGULHO AREIAS AREIAS FINAS SILTÓ- SAS E ARGILOSAS, ARGILAS SILTES ARGILOSOS GRAUS DE PERMEABILIDADE SEGUNDO TERZAGHI E PECK (1967) GRAU DE PERMEABILIDADE k (cm / s) ALTA ACIMA DE 10-1 MÉDIA 10-1 A 10-3 BAIXA 10-3 A 10-5 MUITO BAIXA 10-5 A 10-7 PRATICAMENTE IMPERMEÁVEL ABAIXO DE

18 B S.P.T.T. Standard Penetration Test com determinação de Torque: Em 24 de abril de 1955, foi divulgado pelo engenheiro STELVIO M. T. RANZINI, a idéia de o esforço despendido para vencer as tensões no contato face externa do amostrador e o solo. Em resumo, o objetivo é medir com o auxílio de um torquímetro o torque existente entre o barrilete amostrador cravado e o solo (torque = kgf.cm). Portanto este valor corresponde à resistência lateral e poderá ser utilizado para se avaliar a carga lateral de estacas neste solo. 17

19 Detalhe do peso de 65 kg sendo levantado para a verificação do SPT Detalhe do trépano ou broca de lavagem, ferramenta utilizada para executar o avanço da sondagem 18

20 Foto ilustrativa do barrilete amostrador padrão bi-partido com a amostra semi-deformada do solo Foto ilustrativa do engenheiro geotécnico executando a análise táctil-visual das amostras semideformadas de solo 19

21 Detalhes: Torquímetro Modelo: 600 (R) Gedore com ponteiro de arrasto; Foto ilustrativa da determinação de torque 20

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25 Sondagem Rotativa: Finalidade: Quando uma sondagem à percussão se torna impenetrável, passamos a utilizar as ferramentas da sondagem rotativa. Objetivos: - Obtenção de testemunhos (cilindros de rocha), amostras indeformadas de rochas - Identificação das descontinuidades (falhas, fissuras, fraturas, etc.) - Ensaios IN-SITU : a-) Perda d água ou absorção d água b-) % de recuperação c-) % R.Q.D. - Ensaios mecânicos de laboratório para avaliar a resistência das rochas - Caracterização tecnológica do maciço rochoso (alteração, fraturamento) - Perfil geológico e geotécnico Equipamentos: - Motor estacionário - Caixa de câmbio - Moto-bomba - Reservatório de água (capacidade 1000 litros) - Haste de revestimento - Barrilete amostrador - Broca ou Coroa Obs: Podem ser vistos nas fotos ilustrativas 24

26 GRAUS DE RECUPERAÇÃO DE TESTEMUNHOS (Para avaliação da qualidade da sondagem) GRAUS DE RECUPERAÇÃO % DE RECUPERAÇÃO QUALIDADE DE RECUPERÇÃO R BOA R REGULAR R3 < 75 POBRE GRAUS DE % DE R.Q.D. (Rock Quality Designation) (Para avaliação da qualidade do maciço rochoso) Para perfuração em % (Relativo à perfuração com Ø N) % R.Q.D. QUALIDADE DO MACIÇO ROCHOSO 0 25 MUITO FRACO FRACO REGULAR BOM EXCELENTE 25

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33 DIÂMETROS DE PERFURAÇÃO MAIS UTILIZADOS EM GEOTECNIA Ø (SÍMBOLO) DIMENSÕES (mm) B 42,00 N 54,70 H 76,20 CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DE TESTEMUNHOS DE SONDAGEM ROTATIVA PARA ROCHAS ÍGNEAS OU MAGMÁTICAS E METAMÓRFICAS GRAU DE ALTERAÇÃO A1 A2 A3 ROCHA SÃ OU PRATICAMENTE SÃ MEDIAMENTE ALTERADA MUITO ALTERADA CARACTERÍSTICAS -Macroscopicamente inexistem indícios de alteração física ou química dos minerais -Não se verifica queda de resistência original da rocha típica -Alteração marcante dos minerais, resultando em descoloração original da rocha -Diminuição da resistência da rocha em relação à anterior -Minerais alterados que mascaram a cor original da rocha -As bordas dos fragmentos podem ser abatidas por lâminas de aço ou quebradas pela pressão dos dedos -Com lâmina de aço sulca-se acentuadamente a superfície do fragmento 32

34 GRAUS DE FRATURAMENTO GRAU DE FATURAMENTO Nº DE FRATURAMENTO / METRO TERMO DESCRITIVO F1 0 a 4 POUCO FRATURADA F2 5 a 10 MEDIAMENTE FRATURADA F3 11 a 20 MUITO FRATURADA F4 > 20 EXTREMAMENTE FRATURADA F5 - FRAGMENTADA 33

35 34

36 BROCAS OU COROAS ROSCA EXTERNA DIAMANTE OU WIDIA (CARBETO DE TUNGSTÊNIO) FISSURAS PARA CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ROSCA INTERNA DIAMANTE OU WIDIA Tipos de Perfuração: 1. Sem recuperação de testemunhos. (para fins de Petróleo) 2. Com recuperação de testemunhos (para geotecnia e mineração) 35

37 Broca ou coroa com calibrador Peça com diamante 36

38 Broca ou coroa diamantada Para recuperação de testemunhos, do tipo impregnada (widia + diamante) Broca ou coroa diamantada Sem recuperação de testemunhos, do tipo cravada 37

39 Broca ou coroa diamantada Broca ou coroa com calibrador de widia (carbeto de tungstênio) 38

40 Ensaios Especiais IN SITU : São ensaios desenvolvidos durante a execução da sondagem e possuem várias finalidades como descrevemos abaixo: Perda de água ou absorção de água: Tem como objetivo, avaliar a quantidade de descontinuidades que a rocha possui, para uma posterior solidificação das mesmas com uma injeção de nata de cimento na proporção de 1 : 1. MANÔMETRO ÁGUA SOB PRESSÃO SUPERFÍCIE OBTURADOR COMPRIMENTO DE MANOBRA FISSURAS OU FRATURAS OBS: A água injetada sob pressão infiltra nas fissuras ou fraturas ABSORÇÃO OU PERDA DE ÁGUA = = LITROS (QUANTIDADE DE ÁGUA INJETADA) = LUGEON COMPRIMENTO DE MANOBRA x TEMPO x PRESSÃO Kgf/cm 2 39

41 % R.Q.D.: % DE RECUPERAÇÃO - % R.Q.D. % RECUPERAÇÃO = Avaliação da quantidade da sondagem % R.Q.D. = Avaliação do maciço rochoso Exemplo: % RECUPERAÇÃO % REC = TOTAL DOS TESTEMUNHOS x 100 COMPRIMENTO DE MANOBRA % R.Q.D.: (Rock Quality Designation) % R.Q.D. = DOS TESTEMUNHOS 10 cm x 100 COMPRIMENTO DE MANOBRA % REC = 0,10+0,05+0,40+0,03+0,02+0,09+0,08+0,16 x 100 1,50 % REC = 0,93 x 100 = 62 % 1,50 % R.Q.D. = 0,10+0,40+0,16 x 100 1,50 % R.Q.D. = 0,66 x 100 = 44 % 1,50 40

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