Objetivos e etapas de uma investigação de subsolo

Objetivos e etapas de uma
investigação de subsolo
Classificação dos métodos de prospecção
geotécnica
Classificação das obras, pela geotécnica
1. De Fundações de Estruturas;
Onde a interação solo-estrutura é básica.
2. De Terra;
Onde os materiais da própria obra interferem de forma
significativa na interação da estrutura com o solo de
fundação.
3. Taludes naturais.
Onde a influência das condições naturais e suas variações ao
longo do tempo são fundamentais.
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Variáveis consideradas no estudo
Natureza do subsolo: origem geológica, histórico sobre aterros, características de
drenagem, risco de inundação, viabilidade de exploração mineral.
Identificação dos extratos – Perfil Geotécnico: Determinação da extensão,
profundidade, espessura e composição de cada camada com descrição
detalhada do solo, incluindo características quanto à consistência (solos
coesivos) e compacidade (solos não-coesivos).
Nível d’água: posição do lençol freático e suas possíveis variações, análise de
artesianismo ou de lençóis empoleirados, fluxos subterrâneos.
Manto rochoso: Determinação da profundidade e das características da rocha,
definindo camadas, espessura, classificação, estado de alteração, composição,
qualidade e fraturamento.
Propriedades de engenharia: determinação de parâmetros de resistência ao
cisalhamento, compressibilidade, expansibilidade e permeabilidade.
Nem sempre todas essas informações são necessárias, dependendo do tipo e do vulto da obra, é dada maior
ou menor ênfase em determinado aspecto da investigação.
Etapas da Investigação Geotécnica
1. Etapa inicial ou de reconhecimento
2. Investigação exploratória
3. Investigação detalhada
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1. Etapa inicial ou de reconhecimento
Objetiva a obtenção, em caráter preliminar, de informações sobre
a natureza dos solos e das rochas além das condições do nível
d’água na região – informações estas utilizadas no
planejamento e na escolha dos métodos adequados de
perfuração e amostreamento na etapa seguinte de investigação
exploratória.
A forma e a intensidade da investigação geotécnica nesta etapa, depende do tipo e do
vulto da obra.
2. Investigação exploratória
No qual inicia-se o processo de sondagem do terreno. Através de
perfurações e coletas de amostras visa-se o traçado do perfil
geotécnico, com definição das camadas, composição dos solos
e estimativa das propriedades de engenharia. Os principais
artifícios de investigação exploratória ou de sondagem do
subsolo são:
a. Os Processos Manuais;
Poços e Trincheiras
Sondagens a Trado
b. Os Processos Mecânicos.
Sondagens a Percussão do
tipo SPT
Sondagens Rotativas
Sondagens Mistas
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trincheiras
Sondagens SPT
poço
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Sondagens rotativas e mistas
Processo de investigação
piezocone
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3. Investigação detalhada
Em que procura-se obter, com um maior grau de precisão, as
propriedades de engenharia de determinadas camadas
selecionadas do subsolo – as camadas críticas que variam em
torno de uma ou duas. Informações adquiridas pela prática de
ensaios de laboratório em amostras do tipo indeformada e ensaios
in situ.
Camada Crítica: definida na etapa de investigação exploratória, quando se procede os
cálculos preliminares. Seria a camada em que as dúvidas com relação as suas
propriedades de engenharia estariam tornando inviáveis tecnicamente a utilização da
alternativa mais econômica para a obra.
3.1. Ensaios de laboratório
Os tipos de ensaios a serem realizados dependem das
características do solo e da natureza do problema que se deseja
estudar. Problemas de estabilidade geralmente requerem
ensaios de resistência ao cisalhamento; problemas de
compressibilidade de argilas moles requerem ensaios de
adensamento e problemas de percolação demandam ensaios
de permeabilidade. Em função de preço e tempo, apenas
amostras selecionadas são ensaiadas, mas é comum se realizar
ensaios de caracterização, umidade natural e peso específico
em praticamente todas as amostras.
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3.1.1. Obtenção de amostra do tipo
indeformada
Amostreamento Superficial ou de Blocos Indeformados;
Empregado para solos situados acima do nível d’água ou quando
a água pode ser esgotada sem maiores problemas, como no
caso de solos coesivos.
Amostreamento por meio de Furos de Sondagem
Normalizado pela NBR 9820 – coleta de amostras indeformadas de solo
em furos de sondagem, consiste na cravação estática no terreno de
um tubo de parede fina.
3.2. Ensaios in situ
Ensaios Penetrométricos
Usados para investigação dos solos com base na resistência a
penetração.
Ensaio de penetração de cone (CPT – Cone Penetration Test);
Ensaio de palheta;
Ensaio com dilatômetro de Marchetti;
Ensaio pressimétrico (PMT);
Ensaio de prova de carga direta sobre o terreno de fundação;
Ensaio de penetração padrão complementado com a medida de Torque;
Ensaio de bombeamento para determinação de permeabilidade in situ.
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3.2.1. Ensaio de penetração de cone (CPT)
Normalizado pela NBR 12069 da ABNT, este ensaio consiste na
cravação a velocidade lenta (2 cm/seg) de um cone (10 cm² de
área de ponta e ângulo de 60 graus) solidário a uma haste,
protegido por um tubo de revestimento, medindo-se a
resistência na ponta e por atrito lateral.
3.2.1.1. Tipos de cone
Delft: foi o cone mecânico desenvolvido inicialmente e que media o atrito
ao longo de todas as hastes. O atrito lateral medido por este modelo não
tem confiabilidade e é desconsiderado. O ensaio consiste basicamente em
penetrar-se a cada 25 cm o conjunto haste-ponta anotando-se a leitura
máxima do manômetro que corresponderá à resistência total. A seguir a
carga é aplicada na haste interna até uma penetração correspondente ao seu
curso (40 cm), com o manômetro fornecendo a resistência de ponta. O
Tubo é então encostado na ponta e é iniciada nova operação para medida
da resistência total. Desse modo a cada 25 cm ter-se-á uma leitura de
resistência total (R t ) e uma leitura da resistência de ponta (R p ).
De Atrito ou de Begemann: neste modelo de cone mecânico é possível
medir-se a resistência de ponta de atrito lateral local na luva de atrito. Para
maiores detalhes consultar a NBR 12069 da ABNT.
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3.2.1.1. Tipos de cone
Elétrico: modelo desenvolvido na década de 70 cujas resistências de ponta
e de atrito lateral são medidas através de dispositivos elétricos. Este
equipamento apesar de ser mais sensível na determinação de resistência de
solos como argilas moles apresenta um custo relativamente elevado e
praticamente tem seu uso no Brasil restrito a universidades e institutos de
pesquisa. No que tange a resistência de ponta não existem diferenças
significativas entre o cone mecânico e o elétrico mas na medida do atrito
lateral os valores obtidos com este são em geral a metade daqueles obtidos
com o cone mecânico.
Piezocone: consiste num cone elétrico contendo um dispositivo de
medição poro-pressão. Sua principal aplicação é no estudo de camadas de
argilas moles. O uso do Piezocone no Brasil, assim como no caso anterior,
ainda está restrito as universidades e institutos de pesquisa.
3.2.2. Ensaio de palheta ou Vane
Consiste em girar a velocidade constante, dentro da massa de solo, quatro palhetas de aço
de alta resistência, medindo-se o toque necessário para vencer a resistência do solo.
Através da relação entre o toque (T) e a rotação, determina-se a resistência não
drenada (su) das argilas saturadas moles a rijas. É normalizado pela NBR 10905. a
velocidade de rotação é padronizada em 6 graus/min, mais ou menos 10% e as
medidas padronizadas da palheta retangular são 130 mm de altura e 65 mm de
largura. Para o caso de palheta em que a altura H é o dobro do diâmetro D,
demonstra-se que a resistência ao cisalhamento não drenada (su) é dada pela
equação: Su = 0,86.T/(π.D³). Para determinação da sensibilidade da argila repete-se
o ensaio logo após a ruptura e após várias rotações para garantir o amolgamento da
argila. O resultado do ensaio de palheta é influenciado entre outros fatores pela falta
do homogeneidade das camadas de argila. A presença de lentes de areia, conchas e
pedregulhos no meio da argila pode ser um efeito significativo na medida do torque.
A forma de corrigir esse problema é realizar um número maior de ensaios e eliminar
os valores que fugirem muito da média. Os valores da resistência não drenada
devem ainda ser corrigidos levando em conta o índice de plasticidade da argila
conforme proposição de Bjerrum, Su corrigido = Su.µ. Para maiores detalhes sobre
o ensaio de palheta consultar NBR 10905 – ABNT.
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4. Métodos geofísicos ou indiretos
Permitem investigar os solos sem coletar amostras e sem a
introdução de ferramentas. Seu processo consiste em utilizar
as propriedades físicas dos solos para caracterizá-los. A
vantagem principal é a possibilidade de investigação de
grandes áreas de uma forma rápida e econômica. A
desvantagem é que necessita sempre de ser complementado
pelos métodos usuais de investigação com coleta de
amostras.
Refração Sísmica;
Resistividade Elétrica.
4.1. Refração sísmica
Este método geofísico baseia-se na velocidade de propagação da onda sísmica
nos materiais. As velocidades das ondas sísmicas diferem muito de acordo
com as propriedades físicas dos materiais, tais como dureza e densidade.
O método consiste em induzir no terreno, por meio de pequenos
explosivos ou impacto, ondas sísmicas. Em cada transição de camada,
desde que mais densa que a precedente, ocorre refração das ondas de
choque fazendo-as retornar à superfície onde são captadas por um
geofone. Este converte as ondas de choque em impulsos elétricos que são
transmitidos e registrados automaticamente num sismógrafo. O tempo e a
distância são plotados num gráfico, permitindo determinar a velocidade e
a espessura aproximada de cada camada. A tabela 01 apresenta velocidades
típicas para alguns tipos de solos e rochas.
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Tabela 01
Material Velocidades (m/s)
Areia fofa, seca 150 - 450
Argila dura, parcialmente saturada 600 - 1.200
Água, solo fofo saturado 1.600
Solo saturado, Rocha alterada 1.200 - 3.000
Rocha sã 3.000 - 6.000
4.2. Resistividade elétrica
O método baseia-se no princípio físico de que a condutividade
varia com a ionização dos sais presentes nos materiais. Assim,
rochas maciças, de elevada densidade e praticamente sem
ionização apresentam resistividade elevada; já os solos
saturados apresentam baixa resistividade devido a presença de
sais minerais dissolvidos na água. A tabela 02 apresenta
valores típicos de resistividade para alguns tipos de solos e
rochas.
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Tabela 02
Resistividade
Material em
0hm - centímetros
Argila ou silte orgânicos saturados 500 - 2.000
Argila ou silte inorgânicos saturados 1.000 - 5.000
Argila dura parcialmente saturada. Siltes,
areias saturadas e pedregulhos saturados 5.000 - 15.000
Xistos, argilas secas e siltes 10.000 - 50.000
Arenitos, areias secas e pedregulhos secos 20.000 - 100.000
Rochas cristalinas, sãs 100.000 - 1.000.000
Componentes
Amina Rocha Moreira
Carla Akina Yoshida
Ingrid Herzog Holz
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Bibliografia
CASTELLO, Reno R. e POLIDO, Uberescilas F..
Investigação Geotécnica. Vitória, UFES, 1997;
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