GEOLOGIA CAP 7 INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

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1 GEOLOGIA CAP 7 INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

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6 NBR Projeto e Execução de Fundações NBR Projeto de estruturas de concreto NBR Sondagens de simples reconhecimento com SPT NBR Programação de sondagens de simples

7 2 Métodos de Investigação Não há perfuração nem coleta de amostras. Permitem determinar a distribuição de parâmetros físicos dos terrenos Com perfuração e com retirada de amostra. Análise local + laboratório Métodos Indiretos Métodos Diretos Métodos Semi-diretos Há perfuração, porém sem coleta de amostras. Em geral, destinam-se a medir propriedades específicas.

8 2 Alguns Tipos de Investigação Trincheira Sondagem a trado SPT Standard Penetration Test Sondagens rotativas Obtenção de amostras indeformadas ou amolgadas Método Direto CPT Cone Penetration Test Cone Ambiental Ensaio de Palheta (Vane Test) Ensaio Pressiométrico Ensaio Dilatométrico Métodos Geofísicos Sísmicos Elétricos Magnéticos Gravimétricos Método Semi-direto Método Indireto

9 Poços e trincheiras

10 Poços e trincheiras

11 3 SPT Standard Penetration Test I. Reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de investigação no mundo. II. III. IV. Constitui uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento. Amostras representativas são coletadas a cada metro de profundidade por meio de um amostrador padrão (φ=50cm) NBR 6484:2001; ASTM D ª V. Barato; popular; fácil mão-de-obra

12 3 SPT Standard Penetration Test Perfuração por tradagem e circulação de água com trépano de lavagem para escavação. Cravação de um amostrador (barrilete) no fundo da escavação, usando um peso de 65kg, caindo de uma altura de 750mm. Amostrador tipo Raymond (50mm diâmetro externo)

13 3 SPT Standard Penetration Test I. Faz-se a cravação de um amostrador padrão tipo Raymond de diâmetro externo de 50mm (interno 35mm) a cada metro de profundidade. II. Cravação total de 450mm do amostrador com um martelo de 65kg caindo de 750mm de altura. i. Anota-se a penetração do amostrar a zero golpes caso haja. ii. iii. PROCEDIMENTO Não tendo ocorrido penetração maior do que 450mm em III, inicia-se a cravação e anota-se o número necessário de golpes para penetração dos primeiros 150mm, dos próximos 150mm e dos finais 150mm. O Nspt Índice de resistência a penetração consiste do número de golpes necessários para cravação dos 300mm finais.

14 SPT

15 3 SPT Standard Penetration Test I. Acima do nível do lençol freático (NA), utiliza-se trado ou trépano. II. III. PROCEDIMENTO - Generalidades Abaixo do NA, realizada a perfuração com circulação de água ou lavagem. Quando se chega ao NA, parar a cravação, anotar a cota e observar se a água sobe ou não. Aguardar estabilizar o NA e registrar a cota.

16 JS ENGENHARIA, TOPOGRAFIA E SONDAGENS LTDA. PERFIL INDIVIDUAL DE SONDAGEM Cota da boca: Cotas R A Registro e Ensaios de Índice Profun- Gráfico do número nível E V convenção Cravação S didade de golpes para 30 cm d'água V A ( Golpes/cm) P (m) (m) E. N. das amostras T finais T T P T P ,00 T P ,00 T P T P ,00 L P L P ,00 L P L , P , FOLHA nº 01/06 CLIENTE: Prefeitura Municipal de Campo Grande DATA DO INÍCIO DATA DO TÉRMINO OBRA: Industria Kleper Weber / Indubrasil 1/4/2003 1/4/2003 OBSERVAÇÕES: ,30 SP- 01 CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL ARGILA SILTOSA, MUITO MOLE, MARRON ARGILA SILTOSA, MÉDIA, MARRON ARGILA SILTOSA, RIJA, MARRON ARGILA SILTOSA, MÉDIA, MARRON ARGILA SILTOSA, MÉDIA, C/CASCALHO MARRON ARGILA SILTOSA, RIJA, VARIAGADA RESP.TÉCNICO: REVESTIMENTO AMOSTRADOR AVANÇO ÚLTIMA OBSERVAÇÃO DO NÍVEL D'ÁGUA Engº Renato Márcio Giordano D = 63,3mm D. INT= 34,9mm T= TRADO / P = PERCUSSÃO DATA: HORA: D. EXT=50,8mm L = LAVAGEM 1/4/ :30

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18 SPT

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20 SPT

21 SPT

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25 3 SPT Standard Penetration Test Classificação de solos segundo Nspt Nspt

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27 3 SPT Standard Penetration Test

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29 3 SPT Standard Penetration Test I. Amolgagem da amostra II. III. IV. LIMITAÇÕES DO USO DO SPT Em solos moles o resultado é difícil (Resultado não representativo para materiais com Nspt <5). Não há determinação de parâmetros mecânicos do solo Ensaios são pontuais e demorados.

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32 Sondagem rotativa

33 Sondagem rotativa

34 Sondagem rotativa

35 Sondagem rotativa

36 Sondagem rotativa

37 Sondagem rotativa

38 Sondagem rotativa

39 CPT

40 CPT

41 CPT

42 CPT

43 CPT

44 CPT

45 CPT

46 Ensaio de Palheta

47 Ensaio pressiométrico

48 Ensaio pressiométrico

49 Ensaio dilatométrico

50 Ensaio dilatométrico

51 Investigação do Subsolo Métodos Indiretos (Métodos Geofísicos)

52 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Os métodos geofísicos constituem a Geofísica Aplicada, ciência que tem por objetivo procurar as estruturas geológicas que são ou podem ser favoráveis para a acumulação de petróleo, água subterrânea e depósitos de minérios, bem como definir os tipos de rochas e as estruturas geológicas presentes no subsolo, para fins de projetos de engenharia civil.

53 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos A pesquisa geofísica é feita observando-se na superfície do terreno ou mesmo no ar, por meio de instrumentos, certos campos de força, que podem ser tanto naturais como produzidos artificialmente. A existência de determinadas anomalias no campo de força sob investigação indica irregularidades relativas a certas propriedades físicas do material. Não é possível identificar rochas e formações litológicas com base apenas em propriedades físicas. Juntam-se, aos dados geofísicos, informações geológicas.

54 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Aplicação dos métodos geofísicos Os campos de atividade que mais se utilizam da Geofísica Aplicada, em ordem de importância, são: i] exploração de petróleo: principalmente por meio dos métodos gravimétricos e sísmicos; ii] prospecção de minérios: por meio dos métodos elétricos, magnéticos e radioativos; iii] estudos para prospecção de água subterrânea e investigações em projeto de engenharia civil: terceiro campo de aplicação, continuamente crescente, em que os métodos mais usados são os de resistividade (elétrica) e o sísmico

55 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos A aplicabilidade dos métodos geofísicos depende de um certo número de requisitos, considerados fundamentais: i] O objetivo da investigação geofísica é o estudo das diferentes propriedades físicas das rochas. ii] Essas propriedades afetam, em diferentes graus, os campos de força naturais ou criados artificialmente (elétricos e magnéticos).

56 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos A aplicabilidade dos métodos geofísicos depende de um certo número de requisitos, considerados fundamentais: iii] O quanto esses campos de força são afetados depende do tamanho, da massa e do arranjo dos materiais do subsolo. iv] Os dados obtidos nas leituras geofísicas são interpretados, e suas variações são referidas como anomalias, interpretadas em termos de prováveis estruturas geológicas

57 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Em resumo, o procedimento é o seguinte: a] medir, na superfície do terreno, campos de força, de acordo com o método utilizado, com o objetivo de detectar anomalias nesses campos; b] predizer a configuração dos materiais e das estruturas geológicas subterrâneas causadores das anomalias

58 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Fatores que afetam a precisão dos resultados dos métodos geofísicos

59 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Fatores que afetam a precisão dos resultados dos métodos geofísicos

60 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Classificação dos métodos geofísicos de acordo com os campos de força e as propriedades físicas utilizados, bem como relaciona o campo de aplicação de cada método.

61 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Métodos gravimétricos Dá-se o nome de prospecção gravimétrica ou gravimetria ao método de investigação das estruturas geológicas por meio do conhecimento dos pormenores do campo gravitacional de uma dada região ou local. Quando as estruturas geológicas apresentam irregularidades na distribuição lateral das densidades, criam-se distorções na forma da gravidade.

62 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Métodos gravimétricos Em todos os levantamentos gravimétricos, é necessário conhecer as densidades dos corpos naturais. A densidade é uma propriedade característica da matéria e indica a quantidade de massa contida na unidade de volume. Nas rochas ígneas, a densidade depende essencialmente de sua composição mineralógica; quanto mais ricas em sílica, menos densas elas serão

63 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Métodos gravimétricos Na prática, a densidade das rochas ígneas varia de 2,30 a 3,40. Nas rochas metamórficas, a densidade varia entre 2,40 e 3,55, sendo os valores mais elevados os das rochas básicas, e os mais baixos, os das rochas mais silicosas e xistosas.

64 Investigação do Subsolo Métodos Geofísicos Métodos gravimétricos Em relação às rochas sedimentares, vale assinalar que as de origem química apresentam densidades que variam pouco; no caso dos calcários e dolomitos, de 2,70 a 2,90. Nas rochas sedimentares clásticas, a variação é muito maior, pois a porosidade, o grau de cimentação e a compactação alteram profundamente o valor da densidade.

65 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Campo gravitacional da Terra lugar. O campo gravitacional da Terra varia de lugar para Seu valor depende dos seguintes fatores: latitude, elevação, efeitos das marés (efeitos lunissolares), topografia ao redor e distribuição das densidades na crosta. O interesse da prospecção gravimétrica reside justamente nesse último item

66 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição As medidas de gravidade em prospecção geofísica são obtidas por meio de três tipos de instrumentos: i] Balança de torção: utilizada pela primeira vez nos Estados Unidos em 1922, para a pesquisa do petróleo. Seu uso é muito reduzido hoje em dia. ii] Pêndulo: utilizado mais intensamente após 1930, pela companhia Gulf Oil Corporation.

67 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição As medidas de gravidade em prospecção geofísica são obtidas por meio de três tipos de instrumentos: iii] Gravímetro: trata-se do mais moderno tipo de instrumento para medir a aceleração da gravidade, tendo sido utilizado pela primeira vez nos Estados Unidos em 1932, em investigação para petróleo

68 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Os gravímetros substituíram rapidamente a balança de torção e o pêndulo. Desde que foram inventados, sofreram aperfeiçoamentos que os tornaram mais precisos e mais portáteis. Neles, a aceleração da gravidade é determinada ao medir-se a força necessária para equilibrar uma massa suspensa

69 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Sempre que ocorrer uma variação na aceleração da gravidade, ocorrerá também uma aceleração no peso da massa suspensa. Essa alteração provoca um alongamento ou uma rotação do sistema, geralmente uma mola

70 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Os gravímetros são instrumentos de alta precisão. Como, muitas vezes, a anomalia procurada é tão somente de 1 a 2 mgal, é necessário que esses instrumentos tenham a precisão dessa ordem, isto é, uma parte em quase da gravidade total da Terra. Os modernos gravímetros podem alcançar a precisão de 0,1 mgal ou até mesmo de alguns centésimos de miligals

71 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Gals - Unidade de medida de aceleração da gravidade correspondente a (1 cm/s²).

72 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição

73 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição

74 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Gravímetro

75 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Instrumentos de medição Gravímetro

76 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Procedimento de campo Antes de se empreender um levantamento gravimétrico, é necessário examinar vários problemas, tais como o espaçamento entre as estações, os meios de transporte, a precisão desejada dos resultados e o levantamento topográfico, além de muitos outros

77 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Exemplos de aplicação do método gravimétrico i] Domos salinos Os domos salinos geralmente fornecem anomalias negativas. Eles foram muito pesquisados no Golfo do México pelo método gravimétrico. A rocha-capa, por ser mais densa, às vezes produz um efeito gravitacional inverso na parte central da anomalia

78 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Exemplos de aplicação do método gravimétrico i] Domos salinos

79 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Exemplos de aplicação do método gravimétrico ii] Anticlinais Sobre os anticlinais, a anomalia gravimétrica é positiva. Como, em geral, as densidades das camadas sedimentares aumentam gradualmente com a profundidade, pelo mecanismo da compactação, nos anticlinais as camadas mais densas são levadas mais próximo à superfície, SINCLINAIS O INVERSO

80 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Gravimétricos Exemplos de aplicação do método gravimétrico ii] Anticlinais

81 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos Métodos magnéticos Os métodos magnéticos consistem basicamente na medição de anomalias do campo magnético terrestre e na sua interpretação em termos de estruturas geológicas prováveis

82 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Métodos magnéticos O método magnetométrico apresenta muitos pontos de semelhança com o método gravimétrico. Ambos relacionam-se com mapas de forças naturais, regidos por leis fundamentalmente similares; dependem igualmente de propriedades intrínsecas das rochas: a densidade, na gravimetria, e a suscetibilidade magnética, na magnetometria.

83 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Métodos magnéticos A principal diferença reside na ordem de grandeza das anomalias medidas: em gravimetria, a anomalia pode atingir 10 4 vezes o valor da gravidade normal; em magnetometria, o valor do campo anômalo pode superar o valor do campo normal. O método magnético é também mais complexo que o gravimétrico, por causa da natureza bipolar do campo magnético

84 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Métodos magnéticos A principal diferença reside na ordem de grandeza das anomalias medidas: em gravimetria, a anomalia pode atingir 10 4 vezes o valor da gravidade normal; em magnetometria, o valor do campo anômalo pode superar o valor do campo normal. O método magnético é também mais complexo que o gravimétrico, por causa da natureza bipolar do campo magnético

85 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Métodos magnéticos Quando se considera o método magnetométrico, a suscetibilidade magnética é a propriedade física de maior importância dos minerais e das rochas. Ela expressa a facilidade com que os materiais se tornam magnetizados quando se encontram em um campo magnético. Rochas com valores de K mais elevados produzirão anomalias mais intensas no campo magnético terrestre.

86 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Métodos magnéticos Os valores de suscetibilidades magnéticas para um mesmo grupo de rochas variam muito. As rochas respeitam a seguinte sequência de suscetibilidade magnética, em ordem decrescente: sedimentos; gnaisses, xistos, ardósias; granitos; básicas intrusivas; básicas extrusivas

87 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Suscetibilidades magnéticas das rochas e minerais mais comuns

88 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Magnetismo terrestre A partir de 1600, a existência do campo magnético terrestre foi reconhecida por diversos observadores. Um trabalho exaustivo sobre esse campo de força foi feito por William Gilbert, que publicou os resultados de suas observações no livro De magnete, em Ele afirmava que o globo terrestre é um ímã gigante.

89 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Magnetismo terrestre Para estudar as anomalias magnéticas causadas por estruturas pouco profundas, é necessário conhecer e subtrair as largas variações no campo magnético terrestre

90 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Descrição do campo magnético da Terra De um modo muito generalizado, o campo magnético da Terra distribui-se como se fosse o campo de uma esfera magnetizada. Os polos norte e sul magnéticos da Terra localizam-se aproximadamente a 18 de latitude dos polos geográficos; não são diametralmente opostos, mas a linha que os une passa a cerca de km do centro da Terra.

91 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Descrição do campo magnético da Terra As linhas de força dispõem-se como ao redor de uma esfera magnetizada. O campo magnético terrestre apresenta variações complexas e irregulares em latitude, em longitude e também no tempo.

92 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Descrição do campo magnético da Terra

93 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Exemplo de aplicação do método magnético A elaboração de perfis magnetométricos em área, por exemplo, com minério de ferro ou presença de rocha magmática básica demonstra claramente a presença tanto do minério de ferro como da rocha básica

94 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Magnéticos Exemplo de aplicação do método magnético

95 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos Métodos elétricos A maioria dos métodos elétricos de exploração enquadrase nas diferenças em resistividade ou condutividade elétrica dos materiais do subsolo

96 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Elétricos Métodos elétricos Os métodos elétricos baseiam-se no fato de as rochas e os minerais possuírem diferentes condutividades elétricas. Alguns métodos se utilizam de campos elétricos naturais como fonte de energia; outros, de campos elétricos artificiais aplicados à terra. Nesse caso, os campos podem ser produzidos por correntes contínuas ou alternadas

97 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Elétricos Métodos elétricos Os métodos elétricos baseiam-se no fato de as rochas e os minerais possuírem diferentes condutividades elétricas. Alguns métodos se utilizam de campos elétricos naturais como fonte de energia; outros, de campos elétricos artificiais aplicados à terra. Nesse caso, os campos podem ser produzidos por correntes contínuas ou alternadas

98 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Elétricos Métodos elétricos De modo geral, a condutividade de uma rocha depende do seu conteúdo de água intersticial e da quantidade de sais solúveis. Assim, as rochas secas, a água doce etc. são más condutoras

99 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Elétricos valores usuais da resistividade das rochas

100 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Elétricos Métodos elétricos

101 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos O desenvolvimento desses métodos começou em 1761 com Mitchell, que achava que as ondas sísmicas caminham através da Terra como ondas elásticas. Ele tentou determinar, por meio de gráfico tempo x distância, o local de origem de terremotos.

102 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos Na guerra de , os ingleses desenvolveram métodos baseados na propagação de ondas elásticas no ar, e os alemães, métodos baseados na propagação na terra, na tentativa de localizar os grandes canhões. Em 1923, o método foi aprimorado por Mintrop, e teve início a pesquisa de petróleo no Texas (EUA).

103 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos Os métodos sísmicos são amplamente empregados na investigação de estruturas subterrâneas (dobras-falhas), nos projetos de barragens, estradas etc., e utilizam duas características importantes das formações rochosas: i] a velocidade de propagação de ondas elásticas varia de acordo com o tipo de rocha e depende das propriedades elásticas do material

104 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos

105 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos ii] os limites (contatos) que separam tipos diferentes de rochas refletem e refratam parte da energia das ondas elásticas. A velocidade de propagação das ondas elásticas é afetada por certos fatores, de acordo com a litologia estudada, ou seja, com a origem da rocha. Por exemplo:

106 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos a] em rocha magmática: a velocidade decresce com o aumento em sílica na rocha, razão pela qual a velocidade em granitos é menor do que em basaltos; b] em rocha sedimentar: a porosidade e o grau de decomposição diminuem a velocidade; a compactação e a cimentação aumentam a velocidade; sedimentos elásticos (arenitos, conglomerados) têm velocidade menor do que sedimentos químicos (calcário); c] em rocha metamórfica: apresenta o fenômeno da anisotropia elástica, em que a velocidade de propagação não é a mesma em todas as direções; a velocidade é maior na direção da xistosidade

107 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Instrumentação utilizada O método sísmico tem o seguinte desenvolvimento: criação de uma fonte de ondas elásticas por meio de explosões ou choques mecânicos. Essas ondas se propagam através das rochas até sofrerem reflexão e refração num horizonte que separa dois tipos de rocha. As ondas voltam em sentido contrário até a superfície do solo. As ondas sísmicas podem ser comparadas, em muitos aspectos, às ondas luminosas, pois sofrem propagação, reflexão e refração

108 Inv. do Subsolo Mét. Geofísicos - Sísmicos Métodos sísmicos