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ESCOLA TÉCNICA UNISUAM – ETUS
AULA 4
DATA: 28/06/
DISCIPLINA: SOLOS E FUNDAÇÕES
PROFESSOR: MARLON FIGUEIREDO
1 - INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
1.1 - Introdução
Qualquer projeto de engenharia, por mais modesto que seja, requer uma identificação e avaliação adequada das características e propriedades dos solos onde a obra irá ser implantada.
Usualmente, a estimativa de custo de um programa de investigação do subsolo está entre 0,5 a 1% do custo da obra.
“Todas as sondagens são caras mas as mais caras são aquelas que não foram feitas.”
Quando um projetista se defronta com informações insuficientes ou inadequadas ele compensa essa falha com um superdimensionamento; quando um empreiteiro recebe informações incompletas ele aumenta seu orçamento para cobrir possíveis imprevistos, tais como a mudança de projeto ou do processo construtivo. Como consequência, o custo de informações inadequadas é consideravelmente maior que o custo da investigação.
Os principais objetivos de um programa de prospecção do subsolo são:
- Determinação da profundidade e espessura de cada camada do solo possibilitando a construção de perfis longitudinais do subsolo;
- Determinação da natureza do solo: compacidade dos solos grossos e consistência dos solos finos;
- Profundidade do topo rochoso e suas características, tais como: litologia, mergulho e direção das camadas, espaçamento das juntas, presença de falhas e a ação do intemperismo ou estado de decomposição;
- Localização do nível d'água (NA);
- Obtenção de amostras (deformadas e/ou indeformadas) de solo e rocha para
determinação das propriedades de engenharia;
- Determinação das propriedades "in situ" do solo por meio de ensaios de campo.
O programa de investigação do subsolo deve levar em conta o tipo e a importância da obra a ser executada. Isso quer dizer que, determinadas estruturas como túneis, barragens e grandes edificações exigem um conhecimento mais minucioso do subsolo do que aquele necessário à construção de uma pequena.
1.2 Etapas de uma investigação do subsolo
Uma investigação completa é realizada em diferentes etapas, sendo que cada etapa de reconhecimento destaca os problemas que requerem investigação na etapa seguinte. São elas:
a) Investigações de reconhecimento, nas quais se determina a natureza das formações locais, as características do subsolo e definem-se as áreas mais adequadas para as construções. b) Explorações para o anteprojeto, realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções e o dimensionamento das fundações. c) Explorações para o projeto executivo, destinadas a complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a resolução de problemas específicos do projeto de execução. d) Explorações durante a construção quando surgem problemas não previstos nas etapas anteriores.
Dependendo do vulto da obra e de suas condições peculiares, algumas das etapas assinaladas podem ser dispensadas.
1.3 Métodos de prospecção geotécnica
1.3.1 Métodos Indiretos
São processos de base geofísica. Não fornecem os tipos de solo prospectados, mas tão somente correlações entre estes e suas resistividades elétricas ou suas velocidades de propagação de ondas sonoras.
1.3.2 Métodos semidiretos
Fornecem apenas características mecânicas dos solos prospectados. Os valores obtidos, por meio de correlações indiretas, possibilitam informações sobre a natureza dos solos.
(c) Trado elicoidal
Figura 01 – Trados manuais mais utilizados.
1.3.3.4 Sondagem a percussão ou de simples reconhecimento (SPT)
É o método de sondagem mais empregado no Brasil, principalmente em prospecção do
subsolo para fins de fundações. Permite tanto a retirada de amostras deformadas e
determinação do NA, quanto à medida do índice de resistência a penetração dinâmica (SPT).
É um ensaio de baixo custo, simples de executar, permitindo ainda a obtenção de
informações do estado de consistência e compacidade dos solos.
O procedimento do ensaio é normalizado pela ABNT através da norma NBR 6484/01. Oequipamento para execução da sondagem à percussão é constituído de um tripé equipadocom roldanas e sarilho que possibilita o manuseio de hastes metálicas ocas, em cujasextremidades fixa-se um trépano biselado (faca cortante) ou um amostrador padrão (Figura 02) Fazem parte do equipamento, tubos metálicos com diâmetro nominal superior ao da haste de perfuração, coxim de madeira, martelo de ferro com 65 kg para cravação das hastes e dos tubos de revestimento, sendo este último destinado a revestir as paredes do furo a fim de evitar instabilidade. O equipamento possui, ainda, um conjunto motor-bomba para circulação de água no avanço da perfuração, bem como amostrador de parede grossa, trados cavadeira e espiral e trépanos.
Figura 28 – Equipamento de sondagem à percursão – SPT.
1.3.3.4.1 Procedimento para realização do SPT
Em linhas gerais, o procedimento de execução de sondagens de simples reconhecimento é um processo repetitivo, de modo que em cada metro de solo, são realizadas as operações, abertura do furo (perfuração), ensaio de penetração e amostragem.
Figura 05 – Etapas na execução de sondagem a percursão: (a) avanço da sondagem por desagregação e lavagem e (b) ensaio de penetração dinâmica (SPT).
O ensaio SPT é realizado seguindo-se as seguintes operações:
a) Perfuração:
A perfuração do terreno é iniciada com trado tipo cavadeira, com 10 cm de diâmetro. Em cada metro, faz-se a realização do ensaio de penetração dinâmica e amostragem, envolvendo 45 cm de solo ao total, sendo posteriormente realizado o avanço por escavação do furo por um comprimento igual a 55 cm. A Figura 32 mostra um esquema de execução da sondagem. Nos primeiros 45 cm é comum que o ensaio de penetração não seja realizado. A repetição destas operações vai aprofundando o furo e o material recolhido vai sendo classificado quanto à sua composição. Atingida certa profundidade (cerca de 1 m), introduz-se um tubo de revestimento, com duas e meia polegadas de diâmetro, que é cravado com o martelo que será também usado para a amostragem. Por dentro deste tubo, a penetração progride com trado espiral.
b) Determinação do Nível d’água:
A perfuração com trado é mantida com trado espiral até atingir o nível d'água. Quando isto ocorre, registrasse a cota do nível d’água e interrompe-se a operação, aguardando-se para determinar se o nível se mantém na cota atingida ou se ele se eleva no tubo de revestimento.
c) Perfuração abaixo do NA:
Abaixo do NA, a perfuração passa a ser feita por processo de lavagem por circulação de água, usando o trépano com ponta afiada e com dois orifícios pelos quais a água sai com pressão. A lama, resultante da desagregação do solo e água injetada, retornará à superfície pelo espaço entre o tubo de revestimento e hastes de perfuração, sendo depositada em um reservatório próprio. Durante a lavagem, o mestre sondador ficará observando, na saída, as amostras de lama para identificar possível mudança de camada de solo. A perfuração por lavagem é mais rápida do que pelo trado. Ela só deve ser empregada abaixo do nível d’água porque acima dele estaria alterando a umidade do solo e, consequentemente, as condições de amostragem, além de dificultar a determinação do NA.
d) Amostragem:
A cada metro de profundidade, são colhidas amostras pela cravação dinâmica do amostrador padrão. Essas amostras são deformadas e se prestam à caracterização do solo. O amostrador é cravado por um martelo de 65 kg, que é elevado a uma altura de 75 cm e deixado cair livremente. A cravação é obtida por quedas sucessivas do martelo até a penetração de 45 cm. As amostras colhidas são submetidas a exame tátil-visual e
1.3.3.4.2 Procedimentos de classificação dos solos
Com a amostra colhida no amostrador e com o valor o SPT. A identificação e classificação do solo e realizada segundo NBR 7250/80, utilizando testes tácteis-visuais com a finalidade de definir as características granulométricas, de plasticidade, presença acentuada de mica, matéria orgânica e cores predominantes. De acordo com a norma acima, o nome dado ao solo não deverá conter mais do que duas frações e sugere as cores: branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, podendo-se usar claro e escuro, para o máximo de duas cores e o termo variegado quando não houver duas cores predominantes.
Com o valor do SPT obtido em cada metro, os solos são classificados, quanto à compacidade (solos grossos) e consistência (solos finos), conforme mostram as Tabela 8 e Tabela 9. Nestas tabelas também estão apresentados para os solos arenosos os valores estimados de ângulo de atrito e resistência de ponta do cone (qc), e para os solos argilosos estimativa da resistência a compressão simples (Su).
1.3.3.4.3 Fatores que alteram o resultado do SPT
É importante ressaltar que os valores de N podem ser alterados por fatores ligados ao equipamento usado, técnica operacional, bem como erros acidentais.
Os fatores ligados ao equipamento são:
- Forma, dimensões e estado de conservação do amostrador. O amostrador deve ter,
rigorosamente, as dimensões indicadas pela norma. Quanto maior a sua seção ou
mais espessa sua parede, maiores serão os valores do SPT;
- Estado de conservação das hastes e uso de hastes de diferentes pesos. Hastes com
massa maior levam a índices maiores, por absorver uma maior quantidade da energia
aplicada. As hastes devem ter massa variando entre 3,2 a 4,4kg/m;
- Martelo não calibrado e natureza da superfície de impacto (ferro sobre ferro). O coxim
de madeira deve estar, sempre, em boas condições, não deverão ocorrer golpes
metal-metal;
- Diâmetro do tubo de revestimento: quanto maior o diâmetro do tubo de revestimento
maior a alteração que o solo, abaixo da ponta do tubo, poderá sofrer. Os tubos de
revestimento devem ser de aço, com diâmetro nominal interno de 67 mm ou 76 mm.
Os fatores ligados à técnica de operação são os seguintes:
- Variação da energia de cravação: o martelo deve cair em queda livre de uma altura
constante (75 cm). É muito comum, com o transcorrer do dia, haver uma tendência,
devido ao cansaço, da altura de queda ir diminuindo e com isso aumentando-se os
valores dos índices;
- Processo de avanço da sondagem, acima e abaixo do nível d'água subterrâneo;
- Conforme já comentado, a lavagem por circulação de água somente é permitida
abaixo do NA, devendo-se acima do NA usar o trado espiral;
- Má limpeza do furo. Presença de material no interior da perfuração. Furo não alargado
suficientemente para a livre passagem do amostrador.
Quanto aos erros acidentais, como erro na contagem do número de golpes, são na maioria das vezes cometidos devido ao baixo nível de escolaridade da equipe de sondadores, são os mais difíceis de serem constatados.
apenas ao peso próprio da composição sem a necessidade de execução de nenhum golpe do martelo, esta deve ser expressa pela letra “P” seguida da profundidade atingida, por exemplo, P/90.
Figura 07 – Perfil individual de sondagem
1.3.3.4.6 Considerações sobre o ensaio 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. 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, conforme mostra a Tabela 10 ou um mínimo de 3 sondagens por obra. Os furos devem ser internos à projeção da área construída. 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 100 m e cobrindo, uniformemente, toda a área. A sondagem deverá ser executada até o impenetrável ao amostrador ou até a cota estimada pelo engenheiro projetista.
As sondas rotativas imprimem o movimento de rotação, recuo e avanço nas hastes. Através desse movimento, a coroa, vai desgastando a rocha e permitindo a descida do tubo de revestimento e alojamento do testemunho no interior do barrilete. 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 (Figura 36).
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. Os revestimentos também são necessários quando se atravessa uma formação fraturada ou muito permeável, causando perdas consideráveis de água de circulação. Os revestimentos são tubos de aço com paredes finas, mas de elevada resistência mecânica, com comprimento de 1 a 3m, rosqueados nas extremidades. 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 (Figura 37).
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. 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. 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.
1.3.3.6 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 camadas do terreno. É recomendada para terrenos com presença de blocos de rocha, matacões, sobrejacentes a camadas de solo. 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. Os resultados são apresentados conforme já comentado anteriormente para cada caso.
1.2.3.7 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: (i) amostras deformadas e (ii) amostras indeformadas.
- 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 etc. 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,
ensaios de compactação e moldagem de corpos de prova.
- 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 à amostra. 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.
