Construção Civil
Carga horária: 60 h Lizandro Ramos E-mail: zandro.ramos@hotmail.com Período Previsto: 14/11/12 a 05/01/2013
Bibliografia recomendada: Curso Básico de Mecânica dos Solos, autor : Carlos de Sousa Pinto Mecânica dos Solos e suas Aplicações, Autor: Homero Pinto Caputo
INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
SONDAGEM A PERCUSSÃO OU DE SIMPLES RECONHECIMENTO SPT
ESPAÇAMENTO ENTRE CADA SONDAGEM O espaçamento ou o número de sondagens e sua distribuição em planta dependerá do tipo, tamanho da obra e da fase em que se encontra a investigação do subsolo. Praticamente, é impossível estipular o espaçamento entre as sondagens antes de uma investigação inicial, pois este será em função da uniformidade do solo.
ESPAÇAMENTO ENTRE CADA SONDAGEM Quando a estrutura tem sua localização bem definida dentro do terreno, a ABNT (NBR 8036) sugere o número mínimo de sondagens a serem realizadas, em função da área construída. Os furos devem ser internos à projeção da área construída.
ESPAÇAMENTO ENTRE CADA SONDAGEM Quando as estruturas não estiverem ainda localizadas, o número de sondagens deve ser fixado, de modo que, a máxima distância entre os furos seja de 100m e cobrindo, uniformemente, toda a área. A sondagem deverá ser executada até o impenetrável ao amostrador ou até a cota mais baixa da isóbara igual a 0,10p, estimada pelo engenheiro projetista da fundação, para o caso de fundações rasas.
Número mínimo de sondagens, segundo a ABNT Área construída (m 2 ) Número mínimo de furos 200 2 200-400 3 400-600 3 600-800 4 800-1000 5 1000-1200 6 1200-1600 7 1600-2000 8 2000-2400 9 > 2400 a critério
OBSERVAÇÃO DO NÍVEL D ÁGUA Durante a execução da sondagem são feitas as determinações do nível d água, registrando-se a sua cota e/ou a pressão que se encontra em campo (verificação da existência de artesianismo).
OBSERVAÇÃO DO NÍVEL D ÁGUA Quando detectar um grande aumento da umidade do solo retirado com o trado helicoidal, a perfuração deverá ser interrompida e passa-se a observar a elevação da água no furo até a sua estabilização, efetuando-se leituras a cada 5 minutos, durante 30 minutos. As leituras são efetuadas utilizando um pêndulo ou pio elétrico. Sempre que houver paralisação dos serviços, antes do reinicio é conveniente uma verificação da posição do nível d água.
SONDAGEM COM MEDIÇÃO DE TORQUE Feita manualmente em solo sem rochas e sem resistência. Mede profundidade de camadas, altura do lençol freático
Sondagem rotativa É feita por perfuratrizes com brocas diamantadas Usada em solos de alta resistência e com presença de rochas
SONDAGEM A PERCUSSÃO A mais usada pelo baixo custo no Brasil. Uso de bate-estaca para penetração. Agiliza a obter informações para o tipo de fundação para o solo.
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)
Sondagem a percussão
Sondagem rotativa A sondagem rotativa é empregada na perfuração de rochas, matacões e solos de alta resistência. Tem como objetivo principal a obtenção de testemunhos (amostras de rocha) para identificação das descontinuidades do maciço rochoso, mas permite ainda a realização de ensaios in situ, como por exemplo o ensaio de perda d água ou infiltração.
Sondagem rotativa O equipamento para a realização da sondagem rotativa compõe-se de uma haste metálica rotativa dotada, na extremidade, de uma ferramenta e corte, denominada coroa, bem como de barriletes conjunto motor-bomba, tubos de revestimento e sonda rotativa.
Sondagem rotativa As sondas rotativas imprimem o movimento de rotação, recuo e avanço nas hastes. Através desse movimento, a coroa, que é uma peça constituída de aço especial com incrustações de diamante ou vídia nas extremidades, vai desgastando a rocha e permitindo a descida do tubo de revestimento e alojamento do testemunho no interior do barrilete.
(1) bico: onde é armazenado o material para a análise. (2) corpo: onde é armazenado o resto do material não depositado no bico. (3) amostra semi-deformada do solo (4) cabeça: faz a conexão do corpo do barrilete com a primeira haste do conjunto.
Sondagem rotativa As hastes são ocas, para permitir a injeção de água no fundo da escavação a fim de refrigerar a coroa e carregar os detritos da perfuração até superfície. A utilização de tubos de revestimento é indispensável quando as paredes do furo apresentarem-se instáveis, com tendência ao desmoronamento, pondo em risco a coluna de perfuração.
Sondagem rotativa Os revestimentos são tubos de aço com paredes finas, mas de elevada resistência mecânica, com comprimento de 1 a 3m, rosqueados nas extremidades.
Sondagem rotativa A execução da sondagem rotativa consiste basicamente na realização de manobras consecutivas de movimento rotativo para o corte da rocha. O comprimento da manobra é determinado pelo comprimento do barrilete, em geral 1,5 a 3,0m. Terminada a manobra, o barrilete é retirado do furo e os testemunhos são cuidadosamente retirados e colocados em caixas especiais com separação e obedecendo a ordem de avanço da perfuração.
Sondagem rotativa Os resultados da sondagem são apresentados na forma de um perfil individual de cada furo, contendo cotas e descrição dos testemunhos. A descrição dos testemunhos inclui a classificação litológica (gênese, mineralogia, textura e cor), o estado de alteração da rocha e o grau de fraturamento.
Sondagem rotativa O estado de alteração é um fator qualitativo e subjetivo para expressar o grau de alteração da rocha, a saber: rocha extremamente alterada ou decomposta, muito alterada, medianamente alterada, pouco alterada.
Sondagem rotativa O grau de fraturamento é expresso através do número de fragmentos por metro, o qual é obtido dividindo-se o número de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.
Sondagem rotativa O critério adotado na classificação é o seguinte: - ocasionalmente fraturada: 1 fratura/metro - pouco fraturada: 1 5 fraturas/metro - mediamente fraturada: 6 10 fraturas/metro - muito fraturada: 11 20 fraturas/metro - extremamente fraturada: > fraturas/metro - em fragmentos: pedaços de diversos tamanhos
Sondagem rotativa Atualmente tem-se utilizado um parâmetro chamado RQD (Rock Quality Designation), para expressar a qualidade das rochas. O RQD é dado pela relação entre a soma dos comprimentos dos testemunhos com mais de 10cm dividido pelo comprimento da manobra.
Classificação da rocha em função do RQD: RQD Qualidade do maciço 1-25% Muito fraco 25-50% Fraco 50-75% Regular 75-90% Bom 90-100% Excelente
Sondagem mista Sondagem mista é aquela em que são executados os processos de percussão associados ao processo rotativo. Os dois métodos são alternados de acordo com as amadas do terreno. É recomendada para terrenos com presença de blocos de rocha, matacões, sobrejascentes a camadas de solo.
Sondagem mista A maioria dos casos de sondagem mista inicia-se, pelo método à percussão, atingindo o impenetrável por esse método, reveste-se o furo e passa-se ao processo rotativo. Quando ocorre novamente a mudança de material (rocha para solo), interrompe-se a manobra e o furo prossegue por percussão com medida do índice de resistência à penetração.
Amostragem A amostragem é o processo de retirada de amostras de um solo com o objetivo de avaliar as propriedades de engenharia do mesmo. As amostras obtidas podem ser de dois tipos: - Amostras deformadas - Amostras indeformadas
Amostragem - Amostras deformadas: As amostras deformadas são aquelas que conservam as composições granulométrica e mineral do solo in situ e se possível sua umidade natural, entretanto, a sua estrutura foi perturbada pelo processo de extração. São obtidas por meio de pás, picaretas, trados e amostradores de parede grossa.
Amostragem - Amostras deformadas: As amostras deformadas são utilizadas para execução dos ensaios de caracterização do solo (granulometria, limites de consistência, massa específica dos sólidos), ensaios de identificação táctil visual, ensaio de compactação e moldagem de corpos de prova, sob determinadas condições de grau de compactação e teor de umidade.
Amostragem - Amostras indeformadas: São aquelas que conservam tanto as composições granulométrica e mineral do solo, quanto o teor de umidade e a estrutura. O termo indeformada quer dizer que a amostra foi submetida ao mínimo de perturbação possível, pois qualquer método amostragem sempre produz uma modificação no estado de tensão o qual está submetido essa amostra.
Amostragem - Amostras indeformadas: As amostras indeformadas são usadas na execução de ensaios de laboratório para obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento e compressibilidade do solo. Podem ser obtidas por meio de blocos indeformados ou por meio de amostradores de parede fina.
Amostragem - Amostras indeformadas: A amostragem por meio de blocos é, geralmente, realizada na superfície do terreno, em taludes ou no interior de um poço, acima do nível de água. O molde metálico (30 X 30cm) é cravado no solo e efetua-se a escavação em torno e na base do mesmo, até separar o bloco do maciço.
Amostragem - Amostras indeformadas: Após a retirada do bloco, aplica-se uma fina camada de parafina, recobrindo-o com um tecido poroso (tela, estopa), e em seguida aplica-se uma nova camada de parafina. Essas operações tem o objetivo de preservar a umidade e a estrutura do bloco. Os blocos devem ser devidamente identificados e colocados em caixas contendo serragem para serem enviados para o laboratório, onde devem ser mantidos em câmara úmida até a utilização.
Métodos de prospecção geotécnica Métodos semidiretos: Os métodos semidiretos de prospecção são aqueles que não permitem coleta de amostras e visualização do tipo de solo, sendo as características de comportamento mecânico, obtidas por meio de correlações com grandezas medidas na execução do ensaio.
Métodos semidiretos Foram desenvolvidos com o intuito de contornar as dificuldades de obtenção de amostras de boa qualidade em certos tipos de solos, como areias puras ou submersas e argilas sensíveis de consistência muito mole.
Métodos semidiretos Os métodos semidiretos são conhecidos como ensaios in situ, que tem por vantagem minimizar as perturbações causadas pela variação o estado de tensões e distorções devidas ao processo de amostragem, bem como evitar os choques e vibrações decorrentes do transporte e subsequente manuseio das amostras.
Métodos semidiretos Além disso, o efeito da configuração geológica do terreno está presente nesses ensaios in situ permitindo uma medida mais realista das propriedades físicas do solo.
Métodos semidiretos Dentre os ensaios in situ mais empregados no Brasil destacam-se o ensaio de penetração estática CPT (Cone Penetration Test), o ensaio de vane test ou palheta e o ensaio pressiométrico. O ensaio de CPT e vane test têm por objetivo a determinação da resistência ao cisalhamento do solo, enquanto o ensaio pressiométrico visa estabelecer uma espécie de curva tensão deformação para o solo investigativo.
Métodos semidiretos A seguir será detalhado cada um desses ensaios:
Ensaio de penetração estática - CPT O ensaio de penetração contínua ou estática do cone, também conhecido como deep-sounding, foi desenvolvido na Holanda com o propósito de simular a cravação de estacas e está normalizado pela ABNT através da norma NBR 3406.
Ensaio de penetração estática - CPT O ensaio CPT permite medidas quase contínuas da resistência de ponta e lateral devido à cravação de um penetrômetro no solo, as quais, por correlações, permitem identificar o tipo de solo, destacando a uniformidade e continuidade das camadas.
Ensaio de penetração estática - CPT Permite, também, determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento e a capacidade de carga dos materiais investigados. É um ensaio de custo relativamente baixo, rápido de ser executado, sendo portanto, indicado para a prospecção de grandes áreas.
Ensaio de penetração estática - CPT Apresenta como desvantagens a não obtenção de amostras para inspeção visual, a não penetração em camadas muito densas e com presença de pedregulhos e matacões, as quais podem tornar os resultados extremamente variáveis e causar problemas operacionais como deflexão das hastes e estragos na ponteira.
Ensaio de penetração estática - CPT O equipamento para execução de ensaio de CPT consta de um cone de aço, móvel, com um ângulo no vértice de 60 e área transversal de 10cm 2. O cone é acionado por hastes metálicas, as quais transmitem o esforço estático de cravação produzido por macacos hidráulicos ou por engrenagens que acionam duas cremalheiras (hastes dentadas).
Ensaio de penetração estática - CPT O movimento de subida e descida são obtidos por intermédio das engrenagens movimentadas por sarilhos manuais. A pressão de cravação é obtida por manômetros ou anéis dinamométricos, sendo geralmente utilizados dois manômetros, um para altas pressões e outro para baixas pressões. O equipamento tem normalmente uma capacidade de 10 toneladas.
Ensaio de penetração estática - CPT O ensaio consiste em cravar o cone solidário a uma haste e medir o esforço de necessário à penetração. São feitas medidas de resistência de ponta e total. Com o penetrômetro na cota de ensaio, crava-se 4cm da ponta por meio uma haste interna.
Ensaio de penetração estática - CPT Em seguida, a luva (camisa) e a ponta são cravados, numa extensão de aproximadamente 4cm, medindo-se a força usada para obtenção da resistência total, ponta mais atrito lateral, desenvolvido ao longo do comprimento do cone. Novamente, o penetrômetro é colocado na posição inicial, e as operações são sucessivamente repetidas.
Ensaio de penetração estática - CPT A resistência lateral (ql) é obtida pela diferença entre a resistência total e a de ponta (qc). A velocidade de cravação do cone deverá ser constante e da ordem de 2cm/seg. A cada 4cm de profundidade, portanto, podem-se ter valores das resistências lateral e de ponta.
Ensaio de palheta - Vane test O vane test foi desenvolvido na Suécia, com o objetivo de medir a resistência ao cisalhamento não drenada de solos coesivos moles saturados. Hoje o ensaio é normalizado no Brasil pela ABNT (NBR 10905).
Ensaio de palheta - Vane test O equipamento para realização do ensaio é constituído de uma palheta de aço, formada por quatro aletas finas retangulares, hastes, tubos de revestimento, mesa, dispositivo de aplicação do momento torçor e acessórios para medida do momento e das deformações.
Ensaio de palheta - Vane test O diâmetro e a altura da palheta devem manter uma relação constante1:2 e, sendo os diâmetros mais usuais de 55,65 e 88mm. A medida do momento é feito através de anéis dinamométricos e vários tipos de instrumentos com molas, capazes de registrar o momento máximo aplicado.
Ensaio de palheta - Vane test O ensaio consiste em cravar a palheta e em medir o torque necessário para cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve no entorno da palheta, quando se aplica ao aparelho um movimento de rotação. A instalação da palheta na cota de ensaio pode ser feita ou por cravação estática ou utilizando furos abertos a trado e/ou por circulação de água.
Ensaio de palheta - Vane test No caso da cravação estática, é necessário que não haja camadas resistentes sobrejacentes à argila a ser ensaiada e que a palheta seja munida de uma sapata de proteção durante a cravação. Tanto o processo de cravação da sapata, quanto o de perfuração devem ser paralisados a 50cm acima da cota e ensaio, a fim de evitar o amolgamento do terreno a ser ensaiado. A partir daí, desce apenas a palheta de realização do ensaio.
Ensaio de palheta - Vane test Com a palheta na posição desejada, deve-se girar a manivela a uma velocidade constante de 6 /min, fazendo-se as leituras da deformação no anel dinamométrico de meio em meio minuto, até atingir o momento máximo.
Ensaio de palheta - Vane test Em seguida deve-se soltar a mesa e girar a manivela, rapidamente, com um mínimo de 10 rotações a fim de amolgar a argila e em seguida é feito novo ensaio para medir a resistência amolgada da argila e com isto, determinar a sensibilidade da argila (resistência da argila indeformada/resistência da argila amolgada).
Ensaio de palheta - Vane test Para o cálculo da resistência não drenada da argila deve-se adotar as seguintes hipóteses: - Drenagem impedida: ensaio rápido; - Ausência de amolgamento do solo, em virtude do processo de cravação da palheta; - Coincidência de superfície de ruptura com a geratriz do cilindro, formado pela rotação da palheta; - Uniformidade da distribuição de tensões, ao longo de toda a superfície de ruptura, quando o torque atingir o seu valor máximo; - Solo isotrópico.
Ensaio pressiométrico Este ensaio é usado para determinação in situ do módulo de elasticidade e da resistência ao cisalhamento de solos e rochas, sendo originalmente desenvolvido na França pelo engenheiro Menard.
Ensaio pressiométrico O ensaio pressiométrico consiste em efetuar uma prova de carga horizontal no terreno, graças a uma sonda que se introduz por um furo de sondagem de mesmo diâmetro e realizado previamente com grande cuidado para não modificar-se as características do solo.
Ensaio pressiométrico O equipamento destinado a execução do ensaio, chamado pressiomêtro, é constituído por três partes: sonda, unidade de controle de medida de pressão volume e tubulações de conexão. A sonda pressiométrica é constituída por uma célula central ou de medida e duas células extremas, chamadas de células guardas, cuja finalidade é estabelecer um campo de tensões radiais em torno da célula de medida.
Ensaio pressiométrico O comprimento total da sonda é da ordem de 60 a 70cm e o da célula central de medida é de cerca de 20cm. A unidade de controle é a parte do sistema que fica à superfície e contém, um depósito de CO 2, manômetros para medir a pressão e dispositivo de controle.
Métodos de prospecção geotécnica Métodos indiretos Os métodos ditos indiretos de prospecção são aqueles em que a determinação das propriedades das camadas do subsolo é feita indiretamente pela medida de um parâmetro geofísico, geralmente resistividade elétrica ou velocidade de propagação das ondas no meio.
Métodos indiretos Os índices medidos mantêm correlações com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se ainda conhecer as suas respectivas profundidades e espessuras. Dentre os vários processos geofísicos de prospecção podemos citar a resistividade elétrica e o método de cross-hole, como sendo os de uso mais freqüentes na engenharia civil.
Métodos indiretos Os métodos indiretos apresentam como grande vantagem, em relação aos anteriormente descritos, a de serem rápidos e econômicos, não necessitando da coleta de amostras, podendo ser utilizados na prospecção preliminar de grandes áreas. Atualmente, a técnica geofísica denominada GPR ( Ground Penetration Radar ou radar de penetração do solo) está ganhando terreno em diversas áreas da geotecnia.
Ensaio de resistividade elétrica Este ensaio fundamenta-se no princípio de que diferentes materiais do subsolo possuem valores característicos diferentes de resistividade elétrica.
Ensaio de resistividade elétrica A técnica de caminhamento elétrico consiste em observar a variação lateral de resistividade a profundidade aproximadamente constantes. Isso é obtido fixando o espaçamento dos eletrodos e caminhando-se com os mesmos ao longo de perfis, efetuando as medidas de resistividade aparente.
Ensaio de resistividade elétrica Com o dispositivo eletródico dipolo-dipolo, os eletrodos AB de injeção de corrente e MN de potencial são dispostos segundo um mesmo perfil e o arranjo é definido pelos espaçamentos X=AB=MN. A profundidade de investigação cresce com o espaçamento (R), e teoricamente corresponde a R/2, as medidas são efetuadas em várias profundidades de investigação, permitindo assim a construção de uma seção de resistividade aparente.
Ensaio de Cross-hole A técnica sísmica do cross-hole, ou transmissão direta entre furos, tem como principal objetivo a medida, em profundidade, das velocidades de propagação das ondas de compressão (p) e cisalhante (s) de um furo de sondagem equipado com um martelo, a outro equipado com um geofone.
Ensaio de Cross-hole As velocidades das ondas de compressão e cisalhante são determinadas através da medida do tempo requerido para o impacto percorrer a massa de solo e ser captado pelo geofone colocado a uma distância, em geral não excedente a 8 metros da fonte. Assim, a partir da obtenção das velocidades de propagação das ondas e do peso específico do solo é possível estimar os módulos cisalhante e de deformabilidade.
Ensaio de GPR A técnica de GPR vem sendo utilizada nos últimos anos com maior ênfase na identificação de patologias em estruturas de concreto armado, localização de estruturas enterradas, diagnóstico de áreas contaminadas, monitoração, levantamento de perfis geotécnicos, etc.
Ensaio de GPR O ensaio consiste emissão de um pulso de onda eletromagnética, de forma e duração conhecidos, e do acompanhamento do retorno destes pulsos à antena receptora. Sempre que o meio muda as suas propriedades eletromagnéticas, há reflexões e refrações do pulso de onda emitido que indicam mudança.
Ensaio de GPR Embora o ensaio seja pontual, a execução de uma série de ensaios com um determinado espaçamento, segundo um determinado alinhamento, permite traçar perfis ou cortes do objeto em estudo, que se juntos poderão a vir a formar imagens tridimensionais da área estudada.
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