Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundações

Transcrição

1 1. MÉTODOS DIRETOS Os métodos diretos englobam todas as investigações que possibilitam a visualização do perfil e retirada de amostra. Os procedimentos de investigação são bem definidos nas normas ABNT (Erro! Fonte de referência não encontrada.) e ABGE (Erro! Fonte de referência não encontrada.). O projetista deverá definir um programa de investigações em que constem o número e tipo de sondagens e amostragem. Os métodos diretos podem ser manuais ou mecânicos, conforme indicado na Tabela 1. Tabela 1. Tipos de investigação Método manual mecânico Descrição Poços Trincheiras Trados Sondagens à percussão Sondagens rotativas Sondagens mistas 1.1. MÉTODOS MANUAIS Sondagem à Trado De acordo com a norma ABNT NBR 9603A, a sondagem à trado consiste em uma perfuração manual de pequeno diâmetro. O equipamento utilizado é constituído de hastes de ferro, com extremidades preparadas para coleta de amostras de solo em profundidade. O diâmetro usual do trado é 75 mm e a coleta de amostras é feita a cada metro de avanço ou então quando ocorre mudança do tipo de material. Estes furos geralmente penetram no máximo 5 m de profundidade, apenas em solo acima do nível de água. A tradagem é o processo mais simples, rápido e econômico de investigação do subsolo. A Figura 2 mostra exemplos de trados. A amostra extraída é classificada como amolgada; isto é, a estrutura do solo é destruída no processo de cravação e extração do trado. 1

2 L=1 a 5m φ 75mm Figura 2. Exemplos de Trados Poços ou Trincheiras Os poços ou trincheiras são escavações verticais de 0,8 cm a 3 m de diâmetro, que permitem o acesso para exame in situ do material investigado, em regiões acima do NA. Estes podem ser abertos com auxílio de pá e picareta, possibilitando a realização de exame visual ou retirada de amostra ao longo das paredes do poço. A trincheira difere do poço pela abertura de uma seção contínua MÉTODOS MECÂNICOS Sondagem à Percussão (SPT) O método denominado sondagem à percussão é o mais difundido no Brasil. A sondagem SPT permite a definição da estratigrafia e profundidade do NA, retirada de amostras deformadas, além da medida do índice de resistência a penetração dinâmica (N-SPT). As principais vantagens deste tipo de investigação são: baixo custo facilidade de execução 2

3 possibilidade de execução em locais de difícil acesso coleta de amostra em profundidade O equipamento para execução da sondagem à percussão é constituído de um tripé equipado com roldanas e sarilho que possibilita o manuseio de hastes metálicas ocas, em cujas extremidades fixa-se um trépano biselado (faca cortante) ou um amostrador padrão (Erro! Fonte de referência não encontrada.). Fazem parte do equipamento, tubos metálicos com diâmetro nominal superior ao da haste de perfuração, coxim de madeira, martelo de ferro com 65kg para cravação das hastes e dos tubos de revestimento, sendo este último destinado a revestir as paredes do furo a fim de evitar instabilidade. O equipamento possui, ainda, um conjunto motorbomba para circulação de água no avanço da perfuração, bem como amostrador de parede grossa, trados cavadeira e espiral e trépanos. O procedimento do ensaio é normalizado pela ABNT através da norma NBR 6484/80. Figura 1. Equipamento de Sondagem à Percussão 3

4 O amostrador padrão ou amostrador Terzaghi-Peck, possui três partes, engate, corpo e sapata e é constituído de tubos metálicos de parede grossa com corpo bipartido e ponta em forma de bisel (Figura 2) O engate tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém, interiormente, uma válvula constituída por esfera de aço inoxidável. A Figura 2a mostra um corte do amostrador padrão indicando suas principais dimensões. (a) (b) (c) Figura 2. Amostrador Padrão SPT 4

5 Seqüência de Execução: Perfuração A perfuração é iniciada com o trado cavadeira de 100mm de diâmetro, até a profundidade de 1 metro, instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento. A partir do segundo metro e até atingir o nível d água a perfuração deverá ser feita com trado (helicoidal) até encontrar NA. Abaixo do NA, o avanço do furo passa a ser feita por processo de lavagem por circulação de água, usando o trépano (Figura 3) como ferramenta de escavação. A lama, resultante da desagregação do solo e água injetada, retornará à superfície pelo espaço anelar formado pelo tubo de revestimento e hastes de perfuração, sendo depositada em um reservatório próprio. Durante a lavagem, o mestre sondador ficará observando, na saída, as amostras de lama para identificar possível mudança de camada de solo (caracterização tátil-visual: mudança de cor, textura, etc.). O processo de lavagem por circulação de água permite um rápido avanço do furo, sendo por isso preferido pelas equipes de perfuração. Esse procedimento não deve ser usado acima do NA, pois dificulta a determinação do nível d água e altera as características geotécnicas dos solos. Atingida a cota de ensaio, por qualquer dos procedimentos, o furo deverá ser bem limpado para a realização do ensaio SPT. Entrada de água haste Saída de água Segmento de revestimento Detalhe do trépano Trépano Figura 3. Esquema do Trépano Realização de ensaio de penetração dinâmica (SPT) 5

6 Atingida a cota de ensaio, conecta-se o amostrador padrão à haste de perfuração, posicionando-o no fundo do furo de sondagem. Em seguida, a cabeça de bater (Figura 4) é posicionada no topo da haste e o martelo é apoiado suavemente sobre essa peça, anotando-se a eventual penetração do amostrador. A partir de um ponto fixo qualquer, por exemplo o tubo de revestimento, marca-se na haste de perfuração um segmento de 45cm dividido em três trechos de 15cm. O ensaio de penetração consiste na cravação do amostrador no solo através de quedas sucessivas do martelo de 65kg, erguido até a altura de 75cm e deixado cair em queda livre, como mostrado na Figura Procede-se a cravação de 45cm do amostrador, anotando-se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada 15cm do amostrador (Figura 5). 65kg amostrador Figura 4. Esquema do Martelo 6

7 15cm no. golpes N-SPT 15cm no. golpes 15cm no. golpes Desprezado devido ao amolgamento Figura 5. Esquema de contagem N-SPT Amostragem Com a amostra colhida no amostrador e com o valor o SPT (soma dos número de golpes para cravar os 30cm finais do amostrador) fazem-se a identificação e classificação do solo, de acordo com a ABNT NBR 7250/80, utilizando testes tácteis- visuais com a finalidade de definir as características granulométricas, de plasticidade, presença acentuada de mica, matéria orgânica e cores predominantes. De acordo com a norma acima, o nome dado ao solo não deverá conter mais do que duas frações e sugere as cores: branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, podendo-se usar claro e escuro, para o máximo de duas cores e o termo variegado quando não houver duas cores predominantes. Em linhas gerais, a execução da sondagem SPT consiste numa repetição de três operações, em cada metro de solo: abertura do furo (perfuração), ensaio de penetração e amostragem. A Figura 6 mostra um esquema desta seqüência de execução 7

8 Figura 6. Esquema de execução Critério de Paralização i) quando em 3m sucessivos, se obtiver N-SPT > 45/15; ii) quando em 4m sucessivos, se obtiver N-SPT entre 45/15 e 45/30 iii) quando em 5m sucessivos, se obtiver N-SPT entre 45/30-45/45; iv) quando N-SPT entre 5/0 Impenetrável à percussão avanço por lavagem anota-se o avanço do trépano a cada 10min (total de 30min) se avanço for menor 5cm/10min PARAR Confiabilidade e Interpretação dos resultados do SPT Apesar do ensaio SPT não ser considerado como um método preciso de investigação, na prática os valores obtidos por este ensaio são utilizados para se ter uma indicação da consistência, resistência dos materiais da fundação, etc. Os resultados dos ensaios de penetração dinâmica são influenciados por diversos fatores que interferem na energia de cravação. Estes fatores podem estar ligados tanto à qualidade do equipamento quanto ao processo de execução, conforme mostra a Tabela 2. 8

9 Tabela 2. Fatores que interferem na energia de cravação Fatores ligados a Ítem amostrador; Equipamento Execução hastes; Forma, hastes de diferentes pesos; Dimensão Peso de bater não calibrado; Estado de conservação Natureza da superfície de impacto (ferro sobre ferro); Diâmetro do tubo de revestimento; Variação da energia de cravação (altura de queda, atrito entre hastes, etc); Má limpeza do furo (presença de pedregulhos); Furo não alargado suficientemente para livre passagem do amostrador; Excesso de lavagem para cravação do revestimento; Erro na contagem do número de golpes. A energia potencial gravitacional (EPG) teórica do martelo deve ser calculada em função de um referencial fixo utilizando a expressão: EPG = massa g altura de queda = 75kg 9,8m / s x0,75m = 478kg s 2 2 = 478J A energia de cravação é um fator determinante no valor do N-SPT. A energia nominal transferida ao amostrador não é a energia de queda livre teórica transmitida ao martelo. Há perdas por atrito e pela dinâmica de transmissão de energia do conjunto. Testes com diferentes condições indicaram perdas na energia nominal indicando uma eficiência na faixa de 60% a 70% (Erro! Fonte de referência não encontrada.). No Brasil é comum o uso de sistemas manuais para liberação da queda do martelo. Com isso aplica-se uma energia da ordem de 70% da energia teórica. Na Europa e nos EUA os sistemas são mecanizados e a energia liberada é de aproximadamente 60%. Perfis dos resultados do SPT Os boletins de sondagens devem conter informações técnicas, desde a perfuração até dados interpretativos. Conforme mostra a Figura 7, os boletins de sondagem devem conter informações tais como: 1. Diâmetro do furo. 2. Tipo de ferramenta utilizada na perfuração. 3. Posição do revestimento. 4. Profundidades atingidas e posição do NA (nível d água). 5. Descrição dos materiais e definições das unidades geológicas. 6. O gráfico de N SPT em função da profundidade. 9

10 Figura 8. O conjunto de sondagens permite que se construa o perfil de subsolo, como mostrado na PERFIL DE SONDAGEM A PERCUSSÃO NÍVEL D'ÁGUA AMOSTRA PENETRAÇÃO Golpes / 30 cm 1a e 2a 2a e 3a DIAGRAMA DAS PENETRAÇÕES PROFUNDIDADE (em metros) ENSAIO DE PENETRAÇÃO SPT CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL 0, /45-0,40 Solo superficial ,20 Argila orgânica siltosa, muito mole, preta Areia fina siltosa, medianamente compacta, ,00 cinza ,00 Areia fina argilosa, muito mole, cinza ,00 Argila siltosa, média, cinza idem, rija ,00 idem, arenosa, com pedregulhos finos, dura ,45 12 Limite de sondagem 13 Revestimento: 5,00 m SOLOTÉCNICA Cliente: Período de Execução: SP - 04 Eng. Obra. DATA: ESCALA: 1/100 Cota: 876,300 m Des. rgr Des. no. 05 Figura 7. Boletim de sondagem 10

11 Figura 8. Perfil longitudinal 11