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01 prospecção e amostragem dos solos

  1. 1. NOTAS DE AULA UNIDADE 01 UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA FOLHA 1 de 40 CURSO: ENGENHARIA CIVIL / ENGENHARIA AMBIENTAL DISCIPLINA: OBRAS DE TERRA – CIV 8305 PROFESSOR: ANDRÉ P. LIMA NOTAS DE AULA: UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS ESTA APOSTILA É APENAS UM ROTEIRO DE ESTUDO, DEVENDO A MESMA SER COMPLEMENTADA POR ANOTAÇÕES DOS COMENTÁRIOS DE AULA E CONSULTAS AOS LIVROS TEXTOS INDICADOS. REV. 0 REV. 1 REV. 2 REV. 3 REV. 4 REV. 5 REV. 6 REV. 7 REV. 8 DATA AGO/2013 RESPONSÁVEL ANDRÉ LIMA
  2. 2. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 2 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS ÍNDICE 1 – PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS.................................................................3 1.1 OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS ........................................3 1.2. ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO ..............................................................................................................4 1.3. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA............................................4 1.4. APLICABILIDADE DOSS ENSAIOS DE CAMPO EM GEOTECNIA.................................................10 1.5. AMOSTRAGEM...................................................................................................................................11 1.6. MÉTODOS DIRETOS DE INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS..........................................................12 2 – EXERCÍCIOS........................................................................................................................35 3 – LEITURA COMPLEMENTAR E REFERÊNCIAS ................................................................40
  3. 3. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 3 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 1 – PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 1.1 OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS As informações solicitadas a um programa de investigação do subsolo são geralmente as seguintes: a) Determinação da extensão, profundidade e espessura de cada horizonte de solo dentro de uma determinada profundidade que vai depender da dimensão e natureza da estrutura, além de uma descrição do solo, que inclua a sua compacidade se o solo não for coesivo e estado de consistência se o solo for coesivo; b) Profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre: Extensão, profundidade e espessura de cada estrato rochoso, dimensão, mergulho e espaçamento de juntas e planos de acamamento, presença de zonas de falhas e o estado de alteração e decomposição. c) Informações sobre a ocorrência de água no subsolo: Profundidade do lençol freático e sua variações, lençóis artesianos ou empoleirado; d) Propriedades de engenharia dos solos e rochas “in situ”, tais como, compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade; e) Obtenção de amostras deformadas e indeformadas para a realização de ensaios de laboratório.
  4. 4. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 4 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 1.2. ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO a) Investigações de reconhecimento: Tem como objetivo determinar a natureza das formações locais para a escolha das áreas mais adequadas à instalação de um projeto. Inclui mapas geológicos e pedológicos, aerofotogrametria, visitas aos locais e eventuais sondagens. b) Exploração para anteprojeto: Realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções tais como: escolha do tipo de fundação, classificação e capacidade de uma jazida. c) Exploração para projeto executivo: Destina-se a complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a solução de problemas do projeto executivo. Ex.: sondagens por estaca (1 em cada estaca ?) para cálculo do comprimento de cravação. d) Exploração durante a construção: Realizada quando surgem problemas não previstos nas etapas anteriores. 1.3. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA Os métodos de prospecção geotécnica podem ser classificados em: indiretos, diretos e semi- diretos. MÉTODOS INDIRETOS: São aqueles onde a determinação das propriedades das camadas do subsolo é feita indiretamente pela medida (através de equipamentos eletrônicos) de características físicas do material, sem necessidade de escavações. São também chamados de métodos geofísicos, sendo que os índices obtidos na prospecção mantêm correlação com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se estimar profundidades e espessuras. Esses métodos não admitem amostragem. • Resistividade Elétrica (Eletroresistividade): Propagação de corrente elétrica aplicada ao subsolo por equipamentos apropriados. • Métodos Sísmicos: são usados para estudo geológico (detecção de camadas a grandes profundidades). Utilizam a propagação das ondas elásticas, que variam de acordo com a rocha. Este método é usado para pesquisas de petróleo e estudos geotécnicos que exigem prospecção de camadas geológicas profundas. • Eletromagnéticos: Mede as variações locais da componente vertical do magnetismo terrestre. O objetivo é detectar rochas/solos com muitos minerais como Fe, Mg, Mn, Ca e Mg, por exemplo.
  5. 5. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 5 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS MÉTODOS SEMI-DIRETOS: Processos que fornecem informações sobre as características do terreno, sem possibilitarem, porém a coleta de amostras ou informações sobre a natureza do solo. Incluem-se nesta classificação os ensaios “in situ”, tais como: • Ensaio de Palheta ou Vane-test: verificam a resistência ao cisalhamento do solo pela verificação da resistência do solo ao corte de uma palheta com movimento giratório. Como é feito: determina a resistência não-drenada do solo in situ. Uma palheta de seção cruciforme é cravada em argilas saturadas, de consistência mole, e é submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação. Vantagens: exigências precisas na execução, pois os equipamentos manuais dão margem a muitos tipos de falhas. Desvantagens: o custo é alto.
  6. 6. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 6 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 0 20 40 60 80 100 120 Amolgado Indeformado Tmax Rotatção (graus) Torque 5 10 15 20 25 (kNm) (a) Equipamento (ABNT NBR 10905) (b) Resultado Típico Ensaio de Palheta • Ensaios de Penetração Estática (CPT e CPTu): verifica a resistência do solo em termos da sua capacidade de carga, para projetos de fundações profundas. Como é feito: consiste na cravação estática lenta, a uma velocidade constante (20mm/s), de um cone mecânico ou elétrico que armazena em um computador os dados a cada 20 cm. Os resultados são os registros contínuos da resistência à penetração da ponteira, fornecendo uma descrição detalhada da estratigrafia do terreno. Elimina-se qualquer influência do operador nas medidas do ensaio (qc, fs e u). Resultados: resistência de ponta (qc), resistência do atrito lateral (fs) e a correlação entre os dois (Fr, medida em %) que permitem a identificação do tipo de solo. Os aparelhos são em geral equipados com piezocone e assim podem ser denominados CPTu, que viabiliza ensaio da poro pressão (u2) - pedra porosa localizada na base do cone - e dissipação. O cone utilizado apresenta luva de atrito de 150 cm2 de área com 36 mm de diâmetro e ponta cônica com ângulo de 60º e 10 cm2 de área. Vantagem: o CPT ou CPT(u) fornece parâmetros mais precisos que o SPT, por exemplo. Desvantagem: necessita de mão-de-obra especializada e dificuldade para transportar o equipamento em regiões de difícil acesso.
  7. 7. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 7 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS qt (MPa) 0 2 4 6 Prof(m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Rf (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 u (kPa) 0 250 500 DPPR = ∆u/σ'v0 -0,2 0,0 0,2 0,4 Argila mole NC Argila média NC Aterro Argila Areia Resultados de CPTU
  8. 8. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 8 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS • Ensaios pressiométricos: Ensaio que emprega um elemento de forma cilíndrica projetado para aplicar uma pressão uniforme nas paredes de um furo de sondagem, através de uma membrana flexível, promovendo a conseqüente expansão de uma cavidade cilíndrica na massa de solo. É empregado na determinação do comportamento tensão x deformação de solos “in situ”. Equipamento do Ensaio Pressiométrico
  9. 9. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 9 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS • Ensaios dilatométricos: O dilatômetro consiste de uma lâmina de aço inoxidável dotada de uma membrana circular de aço muito fina em uma de suas faces, similar a um instrumento tipo célula de pressão total. O ensaio dilatométrico (DMT) consiste na cravação da lâmina dilatométrica no terreno, medindo-se o esforço necessário à penetração, para em seguida usar a pressão de gás para expandir a membrana de aço (diafragma) no interior da massa de solo. O equipamento é portátil e de fácil manuseio, sendo a operação simples e relativamente econômica. P o P 1 Membrana flexível 14 mm Cabo Membrana flexível 95 mm (a) Lamina e Sistema de aquisição de dados (b) Detalhe do instrumento Dilatômetro • Ensaios de permeabilidade “in situ”: verificam no campo a permeabilidade do solo. Ver: “Ensaios de permeabilidade em solos” – Boletim 04 (Jan/81) – ABGE; “Prospecção no subsolo” – Maria José C. P. Lima; MÉTODOS DIRETOS: Consistem em um conjunto de operações destinadas a observar diretamente o solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração. Podem ser: Manuais: • Poços • Trincheiras • Trados Mecânicos: • Sondagens à Percussão com circulação de água (SPT – “Standard Penetration Test”) • Sondagens Rotativas • Sondagens Mistas Estes métodos serão apresentados com mais detalhes posteriormente.
  10. 10. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 10 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 1.4. APLICABILIDADE DOSS ENSAIOS DE CAMPO EM GEOTECNIA A tabela abaixo apresenta uma relação de ensaios de campo mais utilizados e uma estimativa de sua aplicabilidade tanto em termos de parâmetros geotécnicos quanto em relação às diferentes condições de campo (Campanela e Robertson, 1986). Os autores procuram também ordenar os ensaios em função de seu custo e complexidade de execução. Ensaios Parâmetro Geotécnico Tipo de Solo A B C D E F G H I J K L M RO PD AR SI AG OR Cone Dinâmico (DCPT) 3 2 - 3 3 2 - - - 3 - - - 3 2 1 2 2 2 Cone Estático: Mecânico 2 1 - 2 3 2 3 - - 3 3 3 - 3 - 1 1 1 1 Elétrico - atrito (CPT) 2 1 - 2 3 2 3 - - 2 3 3 - 3 - 1 1 1 1 Piezocone – (CPTU) 1 1 1 2 2 2 3 1 2 2 3 2 2 3 - 1 1 1 1 Cone sísmico - (SCPTU) 1 1 1 2 2 2 3 1 2 1 2 2 2 3 - 1 1 1 1 Dilatômetro (DMT) 2 1 3 2 2 3 2 - - 2 2 2 2 3 - 1 1 1 1 Palheta de Campo (VST) 3 3 - - 1 - - - - - 3 2 - - - - 2 1 2 Ensaio de Percussão (SPT) 1 2 - 2 3 2 - - - 2 - 3 - 3 2 1 2 3 3 Métodos Geofísicos Sonda de Resistividade 2 2 - 2 3 1 3 - - 3 - - - 3 - 1 1 1 1 Sonda Eletro-condutividade 1 2 - 3 3 1 2 - - 2 3 3 3 - - 1 1 1 1 Célula de tensão total - - - - - - - - - - 2 2 - - - - 3 1 1 Permeabilidade em furo 3 - 1 - - - - 2 1 - - - - 1 1 1 1 1 2 Fratura hidráulica - - 1 - - - - 3 3 - 2 2 - 2 3 3 2 1 3 Borehole shear 3 3 - 2 3 - - - - 3 - 3 - 2 3 2 2 3 3 Pressiometro convencional (PMT) 2 2 - 3 2 3 3 3 - 1 3 3 3 1 2 2 2 1 2 Full displac. (FDPMT) 3 2 2 3 2 3 3 1 2 1 3 3 3 - - 1 1 1 1 auto perfurante (SBPMT) 2 2 1 1 2 2 2 1 2 1 1 1 1 - - 2 1 1 1 Sistemas auto perfurantes Penetrometro lateral 2 2 - 2 2 2 - - - 2 3 3 3 - - 2 1 1 1 Palheta de campo 2 2 - - 1 - - - - - 3 2 - - - 2 1 1 1 Ensaio de placa 2 2 - 3 2 2 2 3 3 1 2 1 3 - - 2 1 1 2 Métodos Geofísicos Sísmica 3 3 - - - - - - - 1 - - - 1 1 1 1 1 1 Provas de carga em placas 3 3 - 3 2 2 2 3 3 1 3 2 2 1 2 2 1 1 1 Notação Parâmetro Geotécnico: Tipos de Solos Classificação: A – Tipo de Solo B – Perfil C – Poro pressão (u) D – Angulo de atrito (φ) E – Resistência não drenada (su) F – Densidade relativa (Dr) G – Compressibilidade (mv, cc) H – Adensamento (cv, ch) I – Permeabilidade (k) J – Módulos de deformabilidade (G, E) K – Tensões in situ (ko) L – História de tensões (OCR) M – Curva tensão - deformação RO – Rocha macia PD - Prdergulho- AR - Areia SI - Silte AG - Argila OR - Solo orgânico 1 = Aplicabilidade alta 2 = Aplicabilidade moderada 3 = Aplicabilidade limitada - = Não aplicável
  11. 11. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 11 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 1.5. AMOSTRAGEM As amostras de solo podem ser divididas em três tipos: • Amostras não representativas: São aquelas que no processo de extração há perda ou troca de constituintes minerais, além de modificações da estrutura do solo. Não servem para ensaios de laboratório, mas apenas para identificação expedita. Incluem-se entre elas as amostras lavadas, colhidas durante o processo de perfuração por circulação de água nas sondagens à percussão (SPT). • Amostras representativas ou amolgadas: São aquelas em que no processo de extração são preservados os constituintes minerais, porém perdem sua estrutura devido à extração. Estas amostras se prestam para os ensaios onde não é importante a preservação da estrutura do solo como, por exemplo, os ensaios de caracterização.
  12. 12. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 12 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS • Amostras indeformadas: São amostras que além de representativas preservam ao máximo a estrutura do solo. São mantidos o peso específico aparente e a umidade natural do solo. São extraídas com amostradores e cuidados especiais no seu manuseio e transporte. Em geral, o custo do processo de obtenção é caro e só é justificado quando há necessidade de realização de ensaios mecânicos de resistência. Amostras (Blocos) indeformados – Solo Residual Maduro (30 x 30 x 30cm) 1.6. MÉTODOS DIRETOS DE INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS A seguir são apresentadas as características dos principais tipos de métodos diretos. MÉTODOS MANUAIS: a) Poços: São escavações com seções circulares, feitas manualmente, que permitem o exame de camadas do subsolo ao longo de suas paredes, além da coleta de amostras deformadas ou indeformadas. São limitados pela profundidade do nível d’água.
  13. 13. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 13 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Poço executado para estudos de estabilidade de talude em MG. b) Trincheiras e Valas: São escavações rasas (até 3,00m de profundidade), com forma retangular de grande extensão. Permite a obtenção de amostras deformadas ou indeformadas. OBS: Normas Recomendadas: NBR 7250 - Identificação e descrição de amostras de solo. NBR 9604 - Abertura de poço e trincheira com retirada de amostra. Abertura de trincheira. c) Sondagem a Trado (trados manuais): Perfuração a seco com amostragem representativa. Processo econômico. Determina o nível d’água. Serve como início ou avanço para outros tipos de sondagem. São limitados pela presença do nível d’água ou pela presença de camadas com pedregulhos, pedras ou areias muito compactas.
  14. 14. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 14 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  15. 15. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 15 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Vantagens: Processo mais simples, rápido e econômico para as investigações preliminares das condições geológicas superficiais; Utilização: Amostras amolgadas em pesquisa de jazidas. Determinação do NA, mudança de camadas, avanço da perfuração para ensaio de penetração (SPT). Equipamentos utilizados: • Trado cavadeira de diâmetro variável (Este equipamento é movido manualmente); • Hastes de aço de 1’ diâmetro com luvas; • Trena de 20m; • Etiqueta para identificação de amostras; Observações: • A equipe de sondagem é composta por 3 pessoas: Mestre + Auxiliares; • Locação de Furos: Existem 2 tipos de locação: Aleatória: os furos são feitos próximos as rodovias, barragens, etc. e são marcados em aerofotos, ou plantas planialtimétricas pré-existentes São furos de reconhecimento geral da área. Malha de sondagem: É uma marcação que é feita previamente pela equipe topográfica. Os furos são marcados pelo piquete. Obs.: cada furo deve ter a sua cota determinada em relação ao RN.
  16. 16. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 16 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  17. 17. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 17 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS MÉTODOS MECÂNICOS: a) Sondagens à Percussão com Circulação de Água (SPT): O método alterna a coleta de amostras representativas com o processo de avanço por circulação de água. Esta sondagem e regulamentada pelas normas: NBR 6484, NBR 7250 e NBR 8036. Processo de perfuração: A perfuração é iniciada com o trado até 1m ou surgimento do NA, instalando-se em seguida o tubo de revestimento, que tem como finalidade proteger o furo do desmoronamento (pode-se utilizar também lama bentonítica). A partir daí passa-se a usar, alternadamente, o amostrador e o trépano. O amostrador realiza a coleta de amostras por cravação no solo, além de fornecer um índice de resistência à penetração, quantificado em termos do número de golpes na sondagem à percussão, denominado NSPT ou SPT. O trépano é um instrumento cortante, com saída de água nas extremidades, utilizado na fase de avanço por circulação de água. O material é escavado pela injeção de água e removido pela circulação da mesma, com auxílio de bomba. O furo deve ser totalmente revestido para previnir desmoronamento. Os tubos de revestimento têm diâmetros de 2”, 2½”, 3”, 4”, 6” e 8”, sendo o mais comum utilizar o diâmetro de 4” e 2½”.
  18. 18. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 18 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Amostragem: A amostragem no ensaio SPT consiste na cravação no solo de um amostrador cilíndrico, oco, bipartido, pelo impacto em queda livre de um peso de 65kg de uma altura de queda de 75cm. A cravação é feita em 3 trechos (marcados na haste à qual é acoplada ao amostrador) de 15cm, sendo anotados o número de golpes necessários em cada trecho. Depois de cravados os 45cm, o amostrador é retirado, aberto, e o material em seu interior é recolhido, constituindo uma amostra representativa do solo. O NSPT é a soma do número de golpes necessários para o avanço do 2o e 3o trechos de cravação (30cm). Ao NSPT correlacionam-se inúmeras propriedades do solo. Com a realização das medidas de torque após o SPT, este passa a ser denominado SPT-T (Ensaio de Penetração Padrão com Medida de Torque). Uma de suas principais características é a possibilidade da determinação estática, com baixo custo adicional, de uma medida de resistência (T), o que não ocorre no SPT, já que a medida de resistência (NSPT) é obtida por um processo dinâmico.
  19. 19. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 19 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Equipamento de Sondagem à Percussão com Circulação de Água (SPT)
  20. 20. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 20 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  21. 21. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 21 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS A tabela mostrada a seguir apresenta correlações empíricas utilizadas em nosso meio técnico, que permitem uma estimativa da compacidade das areias e da consistência das argilas “in situ ”, a partir da resistência à penetração medida nas sondagens. Destaca-se que esta resistência corresponde à penetração do amostrador de 15 a 45 cm, como já comentado anteriormente. COMPACIDADES E CONSISTÊNCIAS SEGUNDO A RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – S.P.T. SOLO DENOMINAÇÃO NÚMERO DE GOLPES FÔFA ≤ 4 POUCO COMPACTA 5 – 8 MED. COMPACTA 9 – 18 COMPACTA 19 – 41 COMPACIDADE DE AREIAS E SILTES ARENOSOS MUITO COMPACTA > 41 MUITO MOLE < 2 MOLE 2 – 5 MÉDIA 6 – 10 RIJA 11 – 19 CONSISTÊNCIA DE ARGILAS E SILTES ARGILOSOS DURA > 19 Amostragem especial indeformada: Para obtenção de amostras indeformadas é preciso utilizar amostradores tipo “Shelby” com paredes finas, que são levados ao laboratório envolvidos em parafina para preservação da umidade.
  22. 22. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 22 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Vantagens e Desvantagens do Ensaio SPT: As principais vantagens do ensaio SPT são: • Utilização em quase todas as partes do mundo; • Procedimento do ensaio é simples de seguir; • Equipamento simples e portanto, versátil, barato e robusto; • Obtenção de amostra representativa (amolgada); • Ensaio pode ser empregado em quase todos os tipos de solos e rochas brandas; • Ensaio pode ser realizado em condições adversas de clima; • Baixo custo e obtenção de um valor numérico de ensaio que pode ser relacionado com regras empíricas de projetos; Tabela – Custo da investigação do subsolo (ROWE, 1972): Preço estimado (Jan 2009): Mobilização RJ (capital) em torno de R$ 350 e R$ 30 a 40/metro perfurado. Como desvantagens, podem-se citar: • Ensaio fortemente dependente da experiência e cuidados do operador (sondador); • Resultados dependem do tipo de equipamento além de outros fatores. Assim, a padronização, mesmo no Brasil, mas sobretudo de país para país, não é efetiva; • No Brasil, “simplicidade” do ensaio tem criado um sério problema á confiabilidade dos ensaios como um todo: o surgimento de varias firmas mal preparadas para realizar o ensaio, mas que os fazem a custo muito baixo. Na realidade o ensaio é simples, mas requer uma significativa dose de experiência por parte do sondador.
  23. 23. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 23 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Aplicações do ensaio: O ensaio SPT tem sido usado para inúmeras aplicações, desde amostragem para identificação dos diferentes horizontes, previsão da tensão admissível de fundações diretas em solos granulares, até correlações com outras propriedades geotécnicas. As correlações de origem empírica são obtidas em geral em condições particulares e especificas, com a expressa limitação de uso por parte dos autores, mas acabam extrapoladas na prática, muitas vezes de forma não apropriada. Além disto, resultados de ensaios SPT realizados em um mesmo local podem apresentar dispersão significativa. Podemos citar algumas aplicações característica do ensaio: • Classificação de perfil de subsolo. A classificação do material é normalmente obtida combinando a descrição do testemunho de sondagem com as medidas de resistência à penetração; • Identificação táctil-visual das diferentes camadas a partir do material recolhido no amostrador- padrão; • Características de compacidade ou consistência; • Estimativa da Densidade relativa, características de resistência e deformabilidade de solos granulares; • Estimativa da Resistência não drenada de argilas; • Estimativa da capacidade de carga de fundações superficiais e profundas; Limites da Sondagem (NBR 6484): “Impenetrável à percussão”: Deve-se parar a sondagem quando: • Houver penetração nula em uma seqüência de 5 impactos do martelo; • No processo de circulação de água, forem obtidos avanços inferiores a 5cm em cada período de 10 minutos, ao longo de 30 minutos; • Em 3 m sucessivos se obtiver índices S P T > 45/15 • Em 4 m sucessivos se obtiver índices S P T entre 45/15 e 45/30 • Em 5 m sucessivos se obtiver índices S P T entre 45/30 e 45/45
  24. 24. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 24 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Numero de furos: Locação dos furos (NBR 6484): Os furos devem ser locados planialtimetricamente, e amarrados a um RN, visível e indestrutível. 8 10 20 25 20 20 30 30 36 40
  25. 25. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 25 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS INTERESSADO: DATA INICIO: LOCAL: AV. RIO MADEIRA C/ CALAMA DATA FINAL FURO Nº: SP- 8 Nº s Golpes: Iniciais: 1.ª + 2.ª = Linha tracejada Finais: 2.ª + 3.ª = Linha cheia - AMOSTRADOR Ø INT.= - AMOSTRADOR Ø EXT.= - REVESTIMENTO Ø = - PESO = - ALTURA DE QUEDA = G R Á F I C O 0 TC N.º de golpes 2.ª + 3.ª Solo organico argiloso escuro até 0,20m; 1 P 4 /15 N.º de golpes 1,3 1 CA 5 /15 inicial 9 Argila de coloração variegada a amarelada, 7 /15 Final 12 2 P 4 /15 2 siltosa, contendo finos granulos de laterita CA 5 /15 inicial 9 8 /15 Final 13 3 P 4 /15 3 de consistencia, média a rija até + 3,70m; CA 6 /15 inicial 10 9 /15 Final 16 4 P 4 /15 4 CA 7 /15 inicial 11 7 /15 Final 14 5 P 5 /15 5 CA 7 /15 inicial 12 8 /15 Final 15 6 P 5 /15 6 Argila de coloração variegada a amarelada, CA 6 /15 inicial 11 7 /15 Final 13 7 P 6 /15 7 CA 6 /15 inicial 12 siltosa, de consist.rija, a muito rija até 8 /15 Final 14 8 P 5 /15 8 CA 7 /15 inicial 12 9 /15 Final 16 13,10, passando a uma argila variegada com 9 P 6 /15 9 CA 7 /15 inicial 13 10 /15 Final 17 10 P 5 /15 10 grão de laterita até o 15,30 metros. CA 8 /15 inicial 13 11 /15 Final 19 11 P 6 /15 11 CA 9 /15 inicial 15 Furo suspenso, presença de "rocha lateri- 12 /15 Final 21 12 P 5 /15 12 CA 8 /15 inicial 13 12 /15 Final 20 tica. 13 P 6 /15 13 CA 8 /15 inicial 14 10 /15 Final 18 14 P 3 /15 14 CA 6 /15 inicial 9 9 /15 Final 15 15 P 15 /15 CA 18 /10 inicial 33 /15 Final 18 16 P /15 CA /15 inicial 0 /15 final 0 17 P /15 CA /15 inicial 0 /15 final 0 18 P /15 CA /15 inicial 0 /15 final 0 19 P /15 CA /15 inicial 0 /15 final 0 20 P /15 CA /15 inicial 0 /15 final 0 SONDAGEMNº 35 mm 51 mm 68 mm 65 kgf 75 kgf AMOSTRA CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL BOLETIM INDIVIDUAL DE SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO À PERCUSSÃO (S.P.T.) NBR - 06484/1980 AVANÇO Índicesde penetração NSPT N.A CARACTERÍSTICAS DO EQUIPAMENTO PROFUNDIDADE DASCAMADAS 1,45 2,45 3,45 4,45 5,45 6,45 7,45 8,45 9,45 10,45 11,45 12,45 13,45 14,45 15,45 16,45 17,45 18,45 19,45 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 NÍVEL D'ÁGUA : 1,30m, medido 24hs, após perfuração.
  26. 26. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 26 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  27. 27. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 27 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  28. 28. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 28 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS b) Sondagens Rotativas: Utiliza-se a sondagem rotativa quando se alcança uma camada de rocha ou quando se atinge uma camada muito resistente e impenetrável ao SPT. Bastante aplicada no estudo das fundações de barragem, túneis, etc., quando há necessidade de se perfurar rochas duras (basalto, granito, etc...) a pequenas ou grandes profundidades. Processo de perfuração: A sonda é instalada sobre uma plataforma devidamente ancorada no terreno, para se manter constante a pressão sobre a ferramenta de corte. A seguir a composição (haste, barrilete, alargador e coroa) é acoplada à sonda, colocando-se em funcionamento a bomba, que injeta um fluido de refrigeração e circulação. A sondagem consiste na realização de manobras sucessivas de movimentos rotativos do barrilete amostrador e avanço do revestimento na direção do furo. O comprimento do barrilete (1,5 a 3m) limita a manobra, sendo o mesmo alçado do furo para a recuperação dos testemunhos de rocha, obedecendo a ordem de avanço da perfuração. As hastes são tubos ocos, sem costuras, que transmitem às peças de corte os movimentos rotativos, conduzindo no seu interior a água destinada à refrigeração das peças e transporte dos detritos da perfuração. Os barriletes são tubos ocos, presos à haste, destinados a receber o testemunho de sondagem, prendendo esses através de molas, e que possuem em sua extremidade a coroa diamantada para corte. As coroas cortam a rocha pelo atrito de diamantes, encravados ou impregnados, ou de pastilhas de tungstênio (widia). Caracterização dos testemunhos de rocha (descrição das amostras) APÊNDICE EXPLICATIVO – Conforme Sugestões da ABGE 1) Coerência: C1 – Rocha Coerente: quebra com dificuldade ao martelo, produzindo fragmentos de bordas cortantes. Superfície dificilmente riscável por lâmina de aço. Somente escavável a fogo; C2 – Rocha Medianamente Coerente: Quebra com dificuldade ao martelo. Superfície riscável com lâmina de aço. Escavável a fogo; C3 – Rocha pouco Coerente: Quebra com dificuldade ao golpe de martelo, produzindo fragmentos que podem ser partidos manualmente. Superfície facilmente riscável com lâmina de aço. Escarificável; C4 – Rocha Incoerente: Quebra a pressão dos dedos, desagregando-se. Pode ser cortada com lâmina de aço. Friável e escavável com lâmina;
  29. 29. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 29 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 2) Graus de Alteração: A1 – Rocha Sã ou Praticamente Sã: Apresenta mineral primário sem vestígios de alteração ou com alterações físicas e químicas incipientes. Nesse caso a rocha é ligeiramente descolorida; A2 – Rocha Medianamente Alterada: Apresenta minerais medianamente alterados e a rocha bastante descolorida; A3 – Rocha Muito Alterada: Apresenta minerais muito alterados por vezes pulverulentos e friáveis; A4 – Rocha Extremamente Alterada: Minerais totalmente alterados e a rocha intensamente descolorida, gradando para cores do solo; 3) Graus de Fraturamento: F1 – Ocasionamento Fraturado (número de fraturas / metro: <1) F2 – Pouco Fraturado (número de fraturas / metro: 1 a 5) F3 – Medianamente Fraturado (número de fraturas / metro: 6 a 10) F4 – Muito Fraturado (número de fraturas / metro: 11 a 20) F5 – Extremamente Fraturado (número de fraturas / metro: >20) 4) Espaçamento entre Descontinuidade: E1 – Muitos Afastadas (espaçamento maior que 200cm) E2 – Afastadas (espaçamento entre 60 e 200cm) E3 – Medianamente Afastadas (espaçamento entre 20 e 60cm) E4 – Próximas (espaçamento entre 6 e 20cm) E5 – Muito Próximas (espaçamento menor que 6cm) 5) Superfícies de Descontinuidades D1 – Contato rocha-rocha, paredes sãs; D2 – Contato rocha-rocha, presença de material pétreo rijo (Ca, calcita e Si, sílica); D3 – Paredes com alteração incipiente, sinais de percolação d’água, sem preenchimento; D4 – Paredes alteradas sem preenchimento; D5 – Paredes alteradas com preenchimento; ag1: Preenchimento argiloso com espessura de 1 ou mais milímetros (2, 3,...); gr10: preenchimento granular com espessura de 10mm.
  30. 30. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 30 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  31. 31. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 31 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Perfil de Sondagem Rotativa:
  32. 32. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 32 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS Exemplo de Sondagem Rotativa sendo realizada: Caixa com testemunho da sondagem:
  33. 33. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 33 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS c) Sondagens Mistas: Entende-se por sondagem mista aquela que é executada à percussão em todos os tipos de terreno penetráveis por esse processo, e executada por meio de sonda rotativa nos materiais impenetráveis à percussão. Os dois métodos são alternados, de acordo com natureza das camadas, até ser atingido o limite da sondagem necessário do estudo em questão. Recomenda-se sua execução em terrenos com a presença de blocos de rocha, matacões, lascas, etc., sobrejacentes a camada de solo. O conhecimento prévio das condições geológicas do local, poderá recomendar desde o início a provisão de um equipamento de sondagem mista, propiciando a execução do reconhecimento em menor prazo e com menos custo.
  34. 34. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 34 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  35. 35. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 35 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 2 – EXERCÍCIOS 1. O que você entende por amostras representativas, amolgadas e indeformadas? 2. Quais são os objetivos de um programa de investigações geotécnicas? Cite pelo menos três. 3. Quais são os métodos de prospecção geotécnica do subsolo? Dê exemplos de aplicação dos mesmos. 4. Descreva, de forma sucinta, a sondagem à percussão com circulação de água (SPT), comentando sobre como se determina o valor de NSPT neste tipo de investigação. 5. Cite alguns parâmetros e/ou informações obtidos de um boletim de sondagem à percussão com circulação de água (SPT) e de uma sondagem rotativa. 6. O que se entende por SPT? Qual a sua aplicabilidade? 7. Durante a execução de uma sondagem à percussão com circulação de água, quais seriam os cuidados necessários para que os resultados apresentados sejam considerados confiáveis? Que tipos de erros podem ser observados no processo de execução de um furo de sondagem? 8. É possível obter amostras para ensaios de caracterização no laboratório em sondagens à percussão com circulação de água? 9. Em uma sondagem à percussão com circulação de água (SPT), responda: a) O que você entende pelo termo “impenetrável à percussão”? b) O que é feito com a amostra recolhida dentro do amostrador padrão? c) Descreva como é feita a contagem do número de golpes do ensaio SPT. d) Quais os critérios de paralisação da sondagem previstos pela norma? e) Quais as características do solo que devem ser descritas em um relatório de sondagem SPT? f) Quais as principais ferramentas utilizadas na execução do SPT? g) É possível perceber mudança de tipo de solo durante o avanço por lavagem? h) Em que caso anota-se “zero golpes”? i) O que significa um índice de penetração de 42/3 e 3/60? j) Qual o peso do martelo padronizado e de que altura ele deve cair? k) Qual o diâmetro e o comprimento do amostrador padrão? l) Em que momentos deve ser verificado o nível d’água? m) Quais as informações que devem constar obrigatoriamente do relatório final da sondagem?
  36. 36. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 36 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 10. Para a programação de sondagens à percussão indicadas abaixo (SP-01 a SP-03), definir uma seção geológica representativa do terreno em questão: 6,60 29,50 7,350 6,720 9,20 3,3
  37. 37. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 37 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  38. 38. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 38 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  39. 39. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 39 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS
  40. 40. NOTAS DE AULA UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA REV. 0 OBRAS DE TERRA – PROF. ANDRÉ PEREIRA LIMA FOLHA: 40 de 40 UNIDADE 01. PROSPECÇÃO E AMOSTRAGEM DOS SOLOS 11. Escreva uma breve nota sobre o ensaio de paleta (vane test) e em tipo de solo deve ser utilizado. 12. Escreva uma breve nota sobre o ensaio de penetração do cone (CPT) e em que tipo de solo deve ser utilizado. 13. Para o Boletim de Sondagem da Página 39 (SP-03), qual o valor do NSPT na cota -3.62m? 3 – LEITURA COMPLEMENTAR E REFERÊNCIAS CARLOS DE SOUZA PINTO – “Curso Básico de Mecânica dos Solos” – 3a Edição, Editora Oficina de Textos – Unidade 02; HOMERO PINTO CAPUTO – “Mecânica dos Solos e suas Aplicações” – volumes 1 – Livros Técnicos e Científicos Editora – Unidade 14; LIMA, Maria José Porto A. Prospecção Geotécnica do Subsolo. Livros Técnicos e Científicos Editora. NBR-6484 – Solo – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio (1997)- ABNT. MANUAL DA ABGE – SONDAGEM - Boletim nº 3 - 4ª edição, 73 pág.

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