MANUAL DE BOLSO Nº 1: Investigação Geotécnica

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1 MANUAL DE BOLSO Nº 1: Investigação Geotécnica OUTUBRO DE 2012 T E R R E S T R E. empresa sedeada em Itu/SP fornece consultas, projetos, ensaios especiais e serviços na área de geotecnia, drenagem, pavimentação, terraplenagem e geometria, para RODOVIAS e INDÚSTRIAS.

2 O DPL NILSSON é um penetrômetro portátil, projetado, fabricado e comercializado na empresa, útil para a caracterização da estratigrafia, nível de água e resistência do solo até 12 m de profundidade. Sentimos que muitos engenheiros e também outros profissionais na construção civil - deveriam conhecer melhor a geotecnia para melhor poderem garantir a integridade da superestrutura das obras. O manual de bolso é uma pequena contribuição ao conhecimento.

3 Sondagens e ensaios geotécnicos Execução de sondagem, de um modo geral, consiste na abertura de um furo no solo ou na rocha. A perfuração é feita manualmente ou por meio de máquinas ou ferramentas que provocam a desagregação do solo ou da rocha em volta da ferramenta penetrante. A finalidade da sondagem é fazer o reconhecimento a partir de um furo, vertical ou inclinado. Extração de amostras acompanham a sondagem. Ensaio de auscultação, também conhecido como ensaio de penetração, consiste em cravar hastes ou tubos no solo e registrar a resistência dinâmica ou estática oferecida à sua penetração O ensaio de DPL consegue atender muitos requisitos de sondagem, pois consegue cotar, distinguir e classificar as diversas camadas do solo e identificar o nível de água. O ensaio de DPL NILSSON atinge 12 metros de profundidade e fornece resistência à ponta e lateral para dimensionamento de estacas. Página 3 de 22

4 Propriedades dos solos Areia A permeabilidade em areia seca é baixa (em nível de argila), enquanto areia saturada fornece uma permeabilidade muito alta. A areia é inerte, não altera o volume, não tem plasticidade e coesão. A capacidade de carga a tráfego é muito boa, especialmente para areia úmida. A compacidade da areia é alta. Para o melhor destaque destas qualidades, é desejável que a areia seja bem graduada. A estabilidade à erosão varia. A abrasão é muito alta. Silte Silte distingue-se de argila por ser difícil de se moldar quando úmido e quebra-se facilmente à pressão dos dedos quando seco. A permeabilidade em silte seco é baixa, enquanto silte saturado fornece maior permeabilidade. O silte é inerte, não altera o volume. Página 4 de 22

5 Não tem plasticidade e pouca coesão. A capacidade de carga a tráfego é boa para silte seco, mas quando úmida, mostra um péssimo comportamento. A compacidade de silte é moderada. A estabilidade à erosão é razoável, e à abrasão, moderada. O silte apresenta péssimas características técnicas: tem baixa capacidade de suporte, em estradas forma ondulações e atoleiros e solta facilmente pó. Umedece facilmente e conserva-se saturado. Argila As qualidades das argilas dependem da composição dos minerais. A permeabilidade em caolina e clorita é baixa, e em ilita e montmorillonitas é muito baixa, independente do grau de saturação. As argilas são ativas, alteram o volume. Para ilitas e clorita a tendência ativa é alta, e em Página 5 de 22

6 montmorillonitas é muito alta. Caolinas são mais inertes. A plasticidade e a coesão para caolina e clorita são moderadas, altas para illita e muito altas para montmorillonita. A capacidade de carga a tráfego para argilas secas é moderada para caolinas e cloritas, alta para ilita e muito alta para montmorillonita. Para argilas úmidas, é moderada para ilitas, baixa para caolinas e cloritas e muito baixa para montmorillonita. A compacidade é moderada para ilitas e cloritas, baixa para caolinas e muito baixa para montmorillonita. A estabilidade à erosão é razoável para ilita e clorita, boa para caolina e montmorillonita. A resistência à abrasão é baixa para caolina e muito baixa para as outras. Para melhor avaliação das argilas, a salinidade pode ser considerada. Página 6 de 22

7 NOMENCLATURA DE SOLOS MISTOS Solo % em peso Argila (*) > 20% Silte > 40% Areia > 40% Cascalho > 40% * siltosa: com silte >15% * arenosa: com areia > 20% Determinação visual e tátil granulométrica dos solos Areia fina: Quase não visível. Graus de solos finos não são possíveis de serem vistos a olho nu. Silte e argila serão separadas pelo tato. Silte distingue-se de argila por ser difícil de se moldar quando úmido e quebra-se facilmente à pressão dos dedos quando seco. Página 7 de 22

8 Provas simples para separar solos finos (argila ou silte): Material Argila Silte Resistência a seco (1) Sacudir (2) Amassar (3) Esfarelar entre dedos Cortar Página 8 de 22 Alta resistência Não altera a umidade Plasticidade (amassável) Gruda, parece sabão Superfície brilhante Fácil de se quebrar Seca rápido Difícil rolar, quebra. Textura parecida com farinha Superfície fosca (1) Amostra seca será pressionada pelos dedos. (2) Sacode-se a prova úmida com a mão. Aperta-se com o dedo e estuda-se a secagem. (3) Com a amostra úmida se fará um cilindro fino, depois uma bola.

9 Definição internacional granulométrica SOLO Partícula (mm) Argila < 0,002 Silte 0,002 0,06 Areia 0,06 2,0 Areia fina 0,06 0,2 Areia média 0,2 0,6 Areia grossa 0,6-2,0 Pedregulho 2,0-60 Pedra Matacão > 600 Página 9 de 22

10 A classificação granulométrica conforme T.R.B (antigamente H.B.R) segue, a grosso modo: SIGLA A6 e A7 A4 e A5 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Solos argilosos, > 35% passando peneira #200 (0,074 mm), IP > 10%. (IP=Índice de plasticidade) Solos siltosos, > 35% passando peneira #200, IP < 10%. A3 Areia fina, > 50% passando peneira #40 máx. 10% passando peneira #200. A1 e A2 Pedregulho e areia, máx. 15 até 35 % passando peneira #200. (LL = Limite de liquidez) A7 quando LL> 40 Página 10 de 22

11 z (m) N 10 qd z (m) N 10 qd z (m) N 10 qd 0,1 h 5,1 6 h 10,1 25 h 0,2 f/qd 5,2 6 f/qd 10,2 23 f/qd 0,3 5,3 9 10,3 24 0,4 5,4 8 10,4 22 0,5 1 5,5 8 10,5 24 0,6 2 5,6 9 10,6 28 0,7 1 5,7 9 10,7 23 0,8 2 5,8 9 10,8 23 0,9 2 5, , , , ,47 M(máx) 2,0 0,01 M(máx) 12,0 0,12 M(máx) 26,0 0,32 M(res) 0,5 3% M(res) 8,0 6% M(res) 16,0 4% 1,1 2 6, ,1 34 1,2 6 6, ,2 30 1,3 4 6, ,3 37 1,4 4 6, ,4 39 1,5 2 6, ,5 26 1,6 2 6, ,6 24 1,7 1 6, ,7 42 1,8 2 6, ,8 37 1,9 4 6, , , , ,51 M(máx) 4,0 0,02 M(máx) 16,0 0,17 M(máx) 28,0 0,37 M(res) 1,0 3% M(res) 10,0 3% M(res) 26,0 3% 2,1 5 7, ,1 2,2 7 7, ,2 2,3 7 7, ,3 2,4 8 7, ,4 2,5 9 7, ,5 2,6 10 7, ,6 2,7 2 7, ,7 2,8 4 7, ,8 2,9 5 7, , , , ,00 M(máx) 8,0 0,03 M(máx) 11,0 0,22 M(máx) 0,37 M(res) 4,0 4% M(res) 6,0 2% M(res) #DIV/0! 3,1 3 8, ,1 3,2 3 8, ,2 3,3 5 8, ,3 3,4 2 8, ,4 3,5 2 8, ,5 3,6 3 8, ,6 3,7 6 8, ,7 3,8 6 8, ,8 3,9 3 8, , , , ,00 M(máx) 7,0 0,06 M(máx) 14,0 0,27 M(máx) 0,37 M(res) 4,0 9% M(res) 12,0 3% M(res) #DIV/0! 4,1 3 9, ,1 4,2 3 9, ,2 4,3 4 9, ,3 4,4 3 9, ,4 4,5 3 9, ,5 4,6 4 9, ,6 4,7 4 9, ,7 4,8 6 9, ,8 4,9 6 9, , , , ,00 M(máx) 9,0 0,09 M(máx) 12,0 0,32 M(máx) 0,37 M(res) 6,0 10% M(res) 10,0 2% M(res) #DIV/0! ENSAIO DE PENETRAÇÃO COM DPL NILSSON xxx 193/02 F1 CLIENTE: CONT: REG: F2 01/12/02 LOCAL: DATA: CONE : 10 cm² 90 R. Humberto de Campos/ R Rolf Gugisch POSIÇÃO: Conforme croquis COTA: Nível de água: 4,10 N P 6 R O 7 F 8 (m) f - Atrito lateral, kpa 100 qd - Res. de ponta, MPa PROF. (m) DESCRIÇÃO TACTIL VISUAL DE CAMPO h 0,00 3,00 Argila siltosa amarela 1% 3,00 6,00 3,00-4,00 Argila siltosa amarela / 4,00-6,00 Argila siltosa variegada 3% 6,00 9,00 Argila siltosa variegada 5% 9,00 12,00 Argila siltosa amarela 5% 12,00 15,00 LEGENDA: z = profundidade (m) N 10 = golpes necessários para cravação de 10 cm h = hastes em pleno contato c/ o solo (m) M(res) = Momento de torque residual (Nm) q d = Resistência da ponteira (MPa) M(max) = Momento de torque máximo (Nm) Relatório do ensaio DPL NILSSON Página 11 de 22

12 Execução do DPL NILSSON Página 12 de 22

13 Consistência de solos finos. Resist. à compressão Não confinada (kpa) N 10 (DPL) DIN 4094 * N 30 (SPT) Terzhagi/Peck Página 13 de 22 CONSISTÊNCIA < Muito mole Mole Média Rija Muito Rija > 400 > 45 > 30 Dura Muito mole: Cede água facilmente durante compressão com o dedo. Mole: Pode ser facilmente modelado com dedo Média: Pode apenas ser modelado com forte pressão do dedo Rija: Não pode ser modelado

14 * Válido para solos argilosos acima do nível de água, com baixa a média IP, 0,75 < IC < 1,50 e grau de saturação entre 0,70 a 0,90. Compacidade de areias e siltes arenosos. N 10 N 30 COMPACIDADE I D Muito fofa I D < 0, Fofa, pouco compacta Compacidade média 0,15 < I D < 0,35 0,35 < I D < 0,65 > Compacta 0,65 < I D < 0,85 > 40 Muito compacta 0,85 < I D < 1,00 I D e e max max e e min Página 14 de 22

15 Diagrama de plasticidade IP Inorgânicos Argilas Siltes Siltes Orgânicos LL A linha A de Casagrande, com IP = 0,73(LL- 20) e as linhas verticais representando LL = 30 e LL = 50, constitui uma divisão entre argilas, siltes e solos não coesivos, também classificados em solos minerais e solos inorgânicos. Característico para a linha A é que amostras do mesmo ambiente sedimentar e com o mesmo histórico geológico encontramse próximas de uma linha única, paralela com a linha A. (Caputo, Hansbo). IP = Índice de Plasticidade. LL = Limite de Liquidez. Página 15 de 22

16 Atividade das argilas Argila tem uma característica especial entre as partículas; tem ligas eletrostáticas, superando a gravidade. Como conseqüência, a argila tem coesão e baixa permeabilidade. Mas muitas argilas também têm um comportamento instável, podem expandir-se e dilatar-se. A atividade coloidal das argilas serve como indicador da expansão e contração do volume da mesma. Segundo Skempton, uma argila com A c < 0,75 é inerte, enquanto argilas ativas têm A c > 1,25. O valor de A c será obtido depois os ensaios de LL, LP e ensaio de sedimentação. Potencial de LL IP Argila atividade (%) (%) (%) Muito alto > 70 > 35 > 35 Moderado Baixo Desprezível < 20 < 10 < 10 Página 16 de 22

17 Densidades empíricas dos solos Material Densidade apar. seca Valor médio Densidade apar. saturado kg/m³ kg/m³ kg/m³ kg/m³ kg/m³ de até de até Areia com finos Areia e argila Areia fina e firme Areia grossa Areia uniforme Argila cascalho e Argila mole Argila rija Argila, alta 700 plasticidade Argila, média 850 plasticidade Argila, pouca 950 plasticidade Página 17 de 22

18 Material Densidade apar. seca Valor médio Densidade apar. saturado kg/m³ kg/m³ kg/m³ kg/m³ kg/m³ de até de até Brita graduada Cascalho mm ( 1/4"- 2" ) Cascalho com areia Cascalho, pedregulho Pedra Britada Pedra bruta Pedregulho/ Areia grossa Silte Solo orgânico Turfa Página 18 de 22

19 Permeabilidade A permeabilidade depende das características do fluido e do solo. No fluido, são a viscosidade, o peso específico e a polaridade que mais influem. Consideram-se solos com k < 10-8 m/s (log 8) não drenados e solos com k >10-5 m/s (log 5) drenados. Um material com k < 10-9 m/s (log 9) é considerado praticamente impermeável, enquanto k > 10-3 m/s (log 3) é altamente permeável. Permeabilidade versus fabric, composição química e grau de saturação O fabric (estrutura das partículas) é um dos mais importantes fatores na permeabilidade, especialmente para solos finos. Se o solo tem fissuras ou uma composição irregular que admite a existência de vazios maiores, o solo, mesmo fino, pode ser altamente permeável. Comparando-se dois solos de mesmo teor de vazios, o solo que tem maiores canais vai ter a maior permeabilidade, baseando-se no Página 19 de 22

20 príncípio de perda de energia por atrito nos pequenos canais. A permeabilidade aumenta com o grau de saturação. A composição química influi em argilas, solos orgânicos e siltes com mica. Quanto maior a capacidade de troca de íons na argila, maior a permeabilidade. Página 20 de 22

21 Tabela de permeabilidade estimada Log (m/s) (m/dia, aproxim.) Material -10 a -9 1x10-5 1x10-3 Argila -9 a -8 1x10-4 1x10-3 Argila siltosa -8 a -7 1x10-3 1x10-2 Silte argiloso -6 a -5 1x Silte arenoso -5 a Areia siltosa -4 a Areia -3 a Areia grossa -9 a -8 3x10-4 3x10-3 Solo sensível -8 a -6 1x10-3 1x10-1 Solo orgânico -8 a -5 1x Turfa Página 21 de 22

22 GEOTECNIA DRENAGEM GEOMETRIA PAVIMENTAÇÃO TERRAPLENAGEM (11) (11) R. São José,275 Vila São Francisco, Itu/SP Página 22 de 22