Baixe Capitulo 1 Fernando Schnaid e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Geotécnica, somente na Docsity!
capítulo 1
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
Investigação geotécnica (Foto: cortesia Geoforma).
A informação solicitada nem sempre é a informação necessária. A informação necessária nem sempre pode ser obtida. A informação obtida nem sempre é suficiente. A informação suficiente nem sempre é economicamente viável.
1.1 Custos e riscos
O ambiente físico, descrito a partir das condições do subsolo, constitui-se em pré-requisito para projetos geotécnicos seguros e econômicos. No Brasil, o custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento normalmente varia entre 0,2% e 0,5% do custo total de obras convencionais, podendo ser mais elevado em obras especiais ou em condições adversas de subsolo. As informações geotécnicas assim obtidas são indispensáveis à previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução. Quanto aos riscos, aspectos relacionados à investigação das características do subsolo são as causas mais frequentes de problemas de fundações (Milititsky; Consoli; Schnaid, 2006). A experiência internacional faz referência frequente ao fato de que o conhecimento geotécnico e o controle de execução são mais importantes para satisfazer aos requisitos fundamentais de um projeto do que a precisão dos modelos de cálculo e os coeficientes de segurança adotados. A prática americana relatada pelo US Army Corps of Engineers (2001) sugere que: Investigação geotécnica insuficiente e interpretação inadequada de resultados contribuem para erros de projeto, atrasos no cronograma executivo, custos associados a alterações construtivas, necessidade de jazidas adicionais para materiais de empréstimo, impactos ambientais, gastos em remediação pós-construtiva, além de risco de colapso da estrutura e litígio subsequente.
De forma análoga, a prática inglesa estabelece que (Weltman; Head, 1983):
Investimentos suficientes devem ser alocados para garantir um programa geotécnico extensivo, destinado a reduzir custos e minimizar riscos, restringindo a possibilidade de confrontar o engenheiro com condições geotécnicas imprevistas que, frequentemente, resultam em atrasos no contrato. Esses atrasos podem resultar em custos elevados, muito superiores aos valores que deveriam ser alocados no programa de investigação.
Reconhecida a importância de caracterizar o subsolo e determinar suas características geológicas, geotécnicas e geomorfológicas, faz-se necessário estabelecer a abrangência do programa de investigação, contextualizando-se a aplicabilidade de cada técnica e os parâmetros de projeto passíveis de obtenção.
1.2 Programa de investigação
A abrangência de uma campanha de investigação depende de fatores relacionados às características do meio físico, à complexidade da obra e aos riscos envolvidos, que, combinados, deverão determinar a estratégia adotada no projeto. Orientações apresentadas por Peck (1969), de categorizar os programas de investigação em três métodos, servem de orientação preliminar: a] Método I : executar uma investigação geotécnica limitada e adotar uma abordagem conservativa no projeto, com altos fatores de segurança. b] Método II : executar uma investigação geotécnica limitada e projetar com recomendações baseadas em prática regional. c] Método III : executar uma investigação geotécnica detalhada.
Esses conceitos foram incorporados a várias normas internacionais, inclusive no Código Europeu (Eurocode 7, 1997), ao recomendar que a caracterização geotécnica deve ser precedida de uma classificação preliminar da estrutura, dividida em três categorias: a] Categoria I : estruturas simples e de pequeno porte, nas quais o projeto é baseado em experiência e investigação geotécnica qualitativa. b] Categoria II : estruturas convencionais que não envolvem riscos excepcionais, em condições geotécnicas normais e cargas dentro de padrões conhecidos. c] Categoria III : estruturas que não pertencem às categorias I e II, incluindo estruturas de grande porte associadas a risco elevado, dificuldades geotécnicas excepcionais, cargas elevadas e eventos sísmicos, entre outros fatores.
O planejamento de uma campanha de investigação geotécnica deve ser, portanto, concebido por engenheiro geotécnico experiente, que possa ponderar os custos e as características da obra com base nas complexidades geológica e geotécnica do local de implantação. No que se refere à complexidade da obra, consideram-se aspectos como: tamanho, cargas, topografia, escavações, rebaixamento do nível freático, obras vizinhas, canalizações etc. Aspectos geológico-geotécnicos referem-se à gênese do solo; geomorfologia; hidrogeologia; sismicidade; presença de solo moles, colapsíveis ou expansivos; ocorrência de substâncias agressivas, cavidades subterrâneas, entre outros fatores. Familiaridade com equipamentos, técnicas e procedimentos de ensaios são também requisitos indispensáveis ao engenheiro responsável pela concepção da campanha de investigação. Independentemente da abordagem, projetos de geotécnicos de qualquer natureza são, em geral, executados com base em ensaios de campo, cujas medidas permitem uma definição satisfatória da estratigrafia do subsolo e uma estimativa realista das propriedades de comportamento dos
FIG. 1.1 Ensaios de uso corrente na prática brasileira
QUADRO 1.1 Aplicabilidade e uso de ensaios in situ
O fluxograma apresentado na Fig. 1.2 foi elaborado com o objetivo de orientar o engenheiro quanto à seleção do tipo de ensaio e à identificação das abordagens disponíveis para a interpretação de ensaios de campo. Dada a natureza predominantemente investigativa da atividade geotécnica, alguns ensaios são realizados visando somente à identificação da estratigrafia do subsolo e dos materiais que compõem as diferentes camadas. Essas informações podem orientar os profissionais envolvidos nas áreas de planejamento urbano e ambiental, auxiliando na avaliação de impactos ambientais decorrentes do crescimento das cidades e na implantação de parques industriais, entre outras aplicações.
FIG. 1.2 Interpretação de ensaios de campo
Por outro lado, a análise dos resultados com vistas a um projeto geotécnico específico pode ser realizada segundo duas abordagens distintas: a] Métodos diretos: de natureza empírica ou semiempírica, têm fundamentação estatística, a partir da qual as medidas de ensaio são correlacionadas diretamente ao desempenho de obras geotécnicas. O SPT constitui-se no mais conhecido exemplo brasileiro de uso de métodos diretos de previsão, aplicado tanto à estimativa de recalques quanto à capacidade de carga de fundações. b] Métodos indiretos : os resultados de ensaios são aplicados à previsão de propriedades constitutivas de solos, possibilitando a adoção de conceitos e formulações clássicas de
compõem o meio físico e as propriedades do subsolo dessas unidades, compatibilizando a investigação com as particularidades da obra: presença de materiais compressíveis, fundações submetidas a grandes carregamentos, existência de obras de arte, taludes e escavações, entre outras. O nível de abrangência do programa de investigação deve ser definido em função das características da superestrutura e das condições do subsolo. Em estruturas convencionais (Categorias I e II do Eurocode 7), quando da ocorrência de solos resistentes e estáveis, não há necessidade de estudos geotécnicos mais elaborados, mas apenas das informações rotineiras de ensaios SPT ou CPT. Na ocorrência de solos compressíveis, de baixa resistência, a solução deve ser produzida com base em informações de diferentes técnicas de ensaio, visando caracterizar de forma adequada e representativa as características do solo.
1.3.3 Projeto executivo
Segundo a NBR 12722/1992, o projeto executivo consiste na orientação para análise, cálculo e indicação de métodos de execução dos serviços relacionados à Mêcanica dos Solos e obras de terra, incluindo desmonte e escavação, rebaixamento do nível freático, aterros, estabilidade de taludes naturais, estruturas de contenções e ancoragens, drenagem superficial e profunda, e injeções no terreno. Na engenharia de fundações, inclui a escolha do tipo de fundação, cota de assentamento (caso de fundação rasa ou especial), comprimento dos elementos (caso de fundação profunda ou especial), taxas e cargas admissíveis pelo terreno para a fundação. Na etapa de projeto executivo, a programação de sondagens deve satisfazer a exigências mínimas que garantam o reconhecimento detalhado das condições do subsolo. Normas específicas devem ser observadas para projetos de diferentes naturezas. Por exemplo, a Norma Brasileira NBR 8036/1983 regulamenta as recomendações quanto ao número, localização e profundidade de sondagens de simples reconhecimento. Algumas considerações são reproduzidas neste livro, buscando assegurar a realização desses ensaios como procedimento mínimo a ser adotado em projetos correntes. O número de sondagens e sua localização em planta dependem do tipo de estrutura e das características específicas do subsolo, devendo ser alocadas de forma a resolver técnica e economicamente o problema em estudo. As sondagens devem ser, no mínimo, uma para cada 200
m^2 de área da projeção do edifício em planta, até 1.200 m^2 de área. Entre 1.200 m^2 e 2.400 m^2 ,
deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m^2 que excederem aos 1.200 m^2. Acima de 2.400 m^2 , o número de sondagens deve ser fixado de acordo com a construção, satisfazendo ao número
mínimo de: (a) duas sondagens para área de projeção em planta do edifício até 200 m^2 e (b) três
para área entre 200 m^2 e 400 m^2. Em casos de estudos de viabilidade ou de escolha do local, o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um mínimo de três sondagens. A profundidade atingida nas sondagens deve assegurar o reconhecimento das características do solo solicitado pelos elementos de fundações, fixando-se como critério a profundidade na qual o acréscimo de pressão no solo, em decorrência das cargas aplicadas, seja menor que 10% da pressão geostática efetiva (para noções básicas de distribuição de tensões no solo, ver, p. ex., Poulos e Davis, 1974a; Barata, 1984). No caso de ocorrência de rochas a pequena profundidade, é desejável que alguns furos cheguem a tal profundidade. Portanto, nem sempre é recomendável e economicamente viável determinar todas essas informações ambientais em uma única etapa, mas subdividir a campanha de investigação em três fases distintas: (a) investigação preliminar , que visa buscar elementos para a elaboração do projeto básico (ou anteprojeto) e orientar investigações complementares; (b) investigação
complementar , que tem como objetivo determinar os parâmetros constitutivos necessários ao dimensionamento da obra; e (c) investigação de verificação , para confirmar as premissas adotadas em projeto (fase normalmente executada durante a etapa construtiva e associada a uma campanha de instrumentação). A abrangência das informações obtidas determina os fatores de segurança adotados em projeto, estabelecidos com o objetivo de compatibilizar os métodos de dimensionamento com as incertezas decorrentes (a) das hipóteses simplificadoras adotadas nos cálculos, (b) da estimativa das cargas permanentes e acidentais de projeto, e (c) da previsão de propriedades mecânicas de comportamento do solo. Um programa de investigação bem concebido, que resulte na avaliação precisa dos parâmetros constitutivos do solo, pode resultar na otimização da relação custo/benefício da obra. O impacto econômico pode ser avaliado a partir da proposição de Wright (1969), que condiciona a magnitude do fator de segurança ao tipo de obra (magnitude do carregamento e possibilidade de ocorrência de cargas máximas) e ao grau de exploração do subsolo (Tab. 1.1). Como orientação, obras monumentais são aquelas em que a carga máxima ocorre com frequência (p. ex., silos, pontes ferroviárias, barragens), em que o colapso pode produzir dano ambiental severo (p. ex., reservatórios de combustíveis, barragens), ou, ainda, aquelas que constituem serviços urbanos indispensáveis à população (p. ex., hospitais, estações de transporte público, portos, aeroportos). Obras permanentes referem-se a estruturas convencionais, como edificações e obras de infraestrutura em geral. Abordagem semelhante proposta por Vésic (1975) classifica as obras por categorias em função do tipo de estrutura e recomenda a adoção de fatores de segurança de acordo com o nível de exploração do subsolo (Tab. 1.2). A racionalidade dessas propostas consiste em reconhecer que, quanto mais extensivo o programa de investigação, menores as incertezas de projeto e menor o fator de segurança adotado.
TAB. 1.1 Fatores de segurança conforme Wright (1969)
Tipo de estrutura Investigação precária Investigação normal Investigação precisa Monumental 3,5 2,3 1, Permanente 2,8 1,9 1, Temporária 2,3 1,7 1,
TAB. 1.2 Fatores de segurança conforme Vésic (1975)
Categoria Características da categoria Estruturas típicas (^) subsolo completaExploração do subsolo limitadaExploração do
A
Carga máxima de projeto ocorre frequentemente; consequências desastrosas – colapso
Pontes ferroviárias; silos; armazéns; estruturas hidráulicas e de arrimo
3,0 4,
B
Carga máxima ocorre ocasionalmente; consequências sérias
Pontes rodoviárias; edifícios públicos e industriais 2,5^ 3,
C Carga máxima de projetoocorre raramente Edifícios de escritório eresidenciais 2,0 3,
Essa mesma filosofia é observada nas normas brasileiras, cujas recomendações devem ser adotadas em qualquer projeto geotécnico (NBR 6497/1983; NBR 8036/1983; NBR 6484/2001;
