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Escola Politécnica de Pernambuco
Disciplina: Fundamentos de Geologia
Professora: Kalinny Lafayette
Alunos: Alex Sandro Martins
André Luiz Coelho
George Rodrigues
Geraldo de Andrade
Ivo de Souza
Vilar Maurício
Trabalho de Fundamentos de Geologia – Métodos diretos de
prospecção.
Recife, 17 de novembro de 2010
MÉTODOS DIRETOS DE PROSPECÇÃO
Os processos de investigações mecânicas utilizados atualmente nos estudos de geologia de engenharia no Brasil são praticamente os mesmos desde época do grande surto de desenvolvimento de nossa infra-estrutura, ocorrido nas décadas de 60 e 70, embora algumas instituições de pesquisa tenham se dedicado ao desenvolvimento de equipamentos e técnicas de ensaios empregando recursos modernos, praticamente não houve incorporação da tecnologia de instrumentos desenvolvidos juntamente com a microeletrônica nos últimos anos. Os principais métodos de investigação mecânica de campo utilizados para reconhecimento geológicos são:
- POÇO E TRINCHEIRA DE INSPEÇÃO (PI/TI)
- SONDAGEM A TRADO (ST)
- SONDAGEM A PERCUSSÃO (SP)
- SONDAGEM ROTATIVA (SR)
• SONDAGEM MISTA
Na fases iniciais de qualquer projeto é comum o emprego intenso de método mais simples, ou seja, os de menor custo unitário. Após visitas técnicas ou de reconhecimento preliminar a investigação dos terrenos para construção de obras civis ou instalação de deposito de resíduos urbanos inicia-se com sondagem a trado, que visam identificar os tipos de solos presentes, sua espessura, distribuição, etc.
Nas investigações de terrenos submersos, especialmente para localização de material para construção (areia e cascalho) é freqüente o uso de sondagem á varejo.
Nesta fase inicial do projeto são realizados sondagens a trado e quando necessários escavados poços ou trincheiras com a finalidade de se obter amostras indeformadas de solos ou para mapear as paredes buscando reconhecer as estruturas geológicas que possam interferir no empreendimento.
A medida que as investigações avançam aumentam-se o número de sondagens e estas passam, gradativamente, para as mais sofisticadas (percussão e rotativa), que apresentam maior custo unitário , alem disso as profundidades de investigação tornam- se cada vez maiores e dirigidas a alvos específicos.
As sondagens a percussão são executadas com a finalidade de amostras pouco deformadas e valores quantitativos de resistência dos solos por meio de ensaios expeditos padronizados denominados SPT (standar penetration test).
A obtenção de amostras de amostras de testemunhos de sondagens rotativas visam não apensas a identificação da litologia e estruturas geológicas mais também a identificação das características geotécnicas dos materiais e das descontinuidades. Assim as descrições dos testemunhos são realizadas empregando-se ábacos e tabelas, que permitem caracterizar e por fim classificar o maciço rochoso, segundo critérios difundidos no meio técnico nacional e internacional.
Poços de Inspeção
Os poços de inspeção são escavações verticais que permitem o acesso ao interior do terreno para exame direto in situ do material. Eles podem ser feitos tanto em solo como em rocha permitindo o exame detalhado dos horizontes perfurados, retirada de amostras indeformadas (solos), a coleta de amostras volumosas de cascalho, etc. Na descrição do poço podem ser feitas avaliações detalhadas da macroestrutura dos horizontes atravessados, da permeabilidade, resistência do solo, etc. Quando é necessário analisar grandes extensões do terreno, utilizam-se trincheiras de seção retangular alongada. A figura abaixo mostra o corte esquemático de um poço escavado em solo.
O procedimento para a coleta de amostras indeformadas de solo, em poços ou trincheiras, para ensaios em laboratórios, consiste em talhar, cuidadosamente, um cubo de, em geral 30 cm de aresta no fundo ou na parede da escavação e protegê-lo com camadas de parafina fundida e talagarça, entremeladas. As amostras devem conter indicações de sua posição espacial para possibilitar a execução de ensaios orientados, de acordo com o carregamento previsto para o corpo de solo ou conformes seus planos de resistência.
As hastes deverão ser retilíneas e dotadas de roscas em bom estado que permitam firme conexão com as luvas. Quando acopladas, as hastes deverão formar um conjunto retilíneo.
A contratada deverá dispor de hastes com comprimentos métricos exatos (p. ex. 1, 2, 3 m etc.), a fim de facilitar as operações de início do furo e evitar emendas sucessivas (inconvenientes) a maiores profundidades.
A Fiscalização poderá solicitar a substituição de qualquer material que julgar inadequado.
Execução da sondagem
A sondagem deverá ser iniciada após a limpeza de uma área que permita o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos e abertura de um sulco ao seu redor para desviar as águas de enxurradas, no caso de chuva. Este procedimento não será necessário quando da realização de sondagens para determinação da espessura de material em jazidas. Junto ao local onde será executada a sondagem deverá ser cravado um piquete, com a identificação da sondagem, que servirá de ponto de referência para medidas de profundidade e para fins de amarração topográfica.
A sondagem deverá ser iniciada com o trado concha e seu avanço deverá ser feito até certos limites. Quando o avanço do trado concha se tornar difícil deverá ser utilizado o trado helicoidal, em se tratando de solos argilosos. No caso de camadas de cascalho, deverá ser feita uma tentativa de avanço empregando-se uma ponteira.
A critério da Fiscalização, poderão ser empregados pequenas quantidades de água a fim de ajudar a perfuração e coleta de amostras, principalmente em se tratando de materiais duros e areias sem coesão.
O material retirado do furo deverá ser depositado à sombra, em local ventilado, sobre uma lona ou tábua, de modo a evitar sua contaminação com solo superficial do terreno e a diminuição excessiva de umidade.
Os materiais obtidos deverão ser agrupados em montes dispostos segundo as profundidades de coleta.
O controle da profundidade do furo deverá ser com precisão de 5 (cinco) centímetros, pela diferença entre o comprimento total das hastes com o trado e a sobra das hastes em relação ao piquete de referência fixado junto à boca do furo.
No caso da sondagem atingir o nível freático, a sua profundidade deverá ser anotada. Ocorrendo artesianismo não surgente deverá ser registrado o nível estático e, no caso de artesianismos surgentes, deverá ser feita uma avaliação da vazão de escoamento d'água ao nível do solo.
O nível d'água deverá ser medido todos os dias, antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após concluído o furo (leitura final 24,0 horas após término do furo).
A sondagem a trado será dada por terminada nos seguintes casos:
- quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços;
- quando ocorrerem desmoronamentos sucessivos da parede do furo;
- quando o avanço do trado for inferior a 5 cm em 10 minutos de operação contínua de perfuração.
Em terrenos que forem impenetráveis ao trado (ocorrência de cascalho, matacões ou rocha), havendo interesse de se investigar melhor o local, a critério da Fiscalização, o furo deverá ser dado como terminado, sendo iniciado um novo furo deslocado de cerca de 3,0 m, para qualquer direção. Todas as tentativas deverão constar da apresentação final dos resultados.
Nos intervalos dos turnos de furação e nos períodos de espera para a medida final do nível d'água, o furo deverá permanecer tamponado e protegido da entrada de água de chuva.
Após aprovação/liberação da Fiscalização, os furos serão totalmente preenchidos com solo, deixando-se cravado no local uma estaca com sua identificação. Nos furos que alcançarem o nível d'água, essa operação somente será feita após a última leitura do N.A. Em qualquer hipótese a boca do furo deverá ser protegida de modo a não permitir eventuais acidentes.
Amostragem
Coleta das Amostras
Quando o material perfurado for homogêneo, as amostras deverão ser coletadasa cada metro, salvo orientação em contrário da Fiscalização. Se houver mudança no transcorrer do metro perfurado deverão ser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais.
Identificação das amostras
As amostras serão identificadas por duas etiquetas, uma externa e outra interna ao recipiente de amostragem, onde constem:
- nome da obra;
- nome do local;
- número do furo;
- Intervalo de profundidade da amostra;
- data da coleta.
As anotações deverão ser feitas com caneta esferográfica ou tinta indelével, em papel cartão, devendo as etiquetas serem protegidas de avarias no manuseio das amostras.
Amostras para ensaios geotécnicos
a) As amostras para ensaios geotécnicos deverão ser acondicionadas imediatamente após a sua retirada do furo. b) Inicialmente coleta-se 100 g em recipiente de tampa hermética, parafinada ou selada com fita colante, para determinação da umidade natural. c) A seguir coleta-se cerca de 15 kg em sacos de lona ou plástico com amarrilho, para os demais ensaios geotécnicos.
O Standard penetration test (SPT) é um método de investigação do solo mundialmente difundido devido a seu baixo custo aliado com uma eficiência satisfatória. Por ser um método de investigação direta, ele acaba retirando parte do solo- alvo de estudo. Com isso acaba-se alterando sensivelmente a estrutura do solo exposto ao teste. Porém os resultados do SPT ainda são de confiáveis desde que se tenha uma excelente equipe aliada a bons instrumentos regulamentados pela NBR-6480.
Como é realizado? O SPT é realizado através de perfuração do solo por impacto de um pilão. A dinâmica deste método ocorre da seguinte forma: Um pilão de 65kgf é sujeito,através de processo mecânico, a uma altura de queda de 750mm e essa energia é repassada para um amostrador tubular padronizado, de diâmetros externo de 51mm e interno de 35mm, através de impacto do pilão (peso) de 650N (65kgf), com queda “livre” de 750mm. O índice de resistência à penetração N, corresponde ao número de golpes necessário à cravação do amostrador em 300mm, após a cravação inicial de 150mm. Neste sentido o índice de resistência à penetração N está associado diretamente à energia contida em cada golpe do martelo. Desta forma pode-se entender que quanto maior a energia contida em cada golpe do martelo menor a quantidade de golpes necessários para a perfuração do solo. Sendo assim após cada metro perfurado é retirado uma amostra do solo para análise. Além da amostra de solo é considerado como parte de material de estudo a quantidade de golpes necessárias para cada 300mm de solo perfurado. É importante ressaltar que o SPT para quando a quantidade de golpes for superior a 60 ou mesmo quando após 10 golpes a penetração seja inferior a 50mm,tendo assim alcançado a “nega” ou ponto no qual não é possível continuar a perfuração. É possível que testes como esse chegue a alcançar até 40m. Somando a análise da quantidade de golpes (NSPT) junto com a amostragem do solo retirada a cada metro é possível fazer uma análise geotécnica do terreno em estudo. Qual material necessário para realização do SPT? Este teste requer os seguintes materiais:
- Tripé ou equivalente, poderá ter roldana quando operado com cizal ou cabo de aço quando operado com sarrilho.
- Hastes. A haste de perfuração deve ser constituída por tubos de aço (sem costura) com diâmetro nominal de 25 mm (1”) internamente e massa teórica de 3,23 Kg/metro (NBR 6484).
- Tubos de Revestimento com sapata cortante lisa. Os tubos de revestimentos devem ser de aço, com diâmetro nominal interno de 67 mm (tubos de 2^1 / (^) 2’’ ou BX).
- Barriletes amostradores. Deve ser do tipo SPT (terzaghi) com diâmetro de 51 mm externamente 35mm internamente, com as demais dimensões. A sapata ou bico de amostrador deverá ser de aço temperado. Nunca afiar a sapata a zero, mas deixar um chanfro de 1,5 mm. A cabeça do amostrador deverá ter dois orifícios de 12,5 mm de diâmetro e conter internamente válvula construída por esfera de aço, principalmente, para o caso de sondagem em solos finos submersos.
- Pilão padronizado para cravação pode ter forma cilíndrica ou prismática, devendo pesar 65 Kg. Encaixado na parte superior do pilão, deverá ter um coxim de madeira dura, conforme especificações.
- Bomba d’água motorizada. A bomba d’água deve ter capacidade para fazer com que a água de lavagem retorne com boa velocidade garantindo a retirada do
material desagregado pelo trépano; caso contrário o avanço do furo será retardado, antecipando o limite de impenetrabilidade (lavagem por tempo). Recomenda-se entretanto, o uso de bombas de alta pressão. Vantagens do SPT. Sem sombra de dúvida podemos citar como principal vantagem do SPT o seu baixo custo. Esse custo é justificado pela simplicidade dos materiais envolvidos.De acordo com a ABGE (Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental) os custos de trabalhos geotécnicos realizados em obra correspondem a apenas de 1% a 3% do custo total da obra. Sendo o SPT o método mais viável economicamente. Além disso, por alcançar profundidades de até 40m ele pode ser aplicado em um grande campo de obras. Além disso, por indicar a resistência do solo por pancadas, ele se encaixa perfeitamente nos requisitos necessários para criação de projetos de fundações de edificações. O orçamento do SPT engloba os seguintes fatores: 1 - Mobilização e Desmobilização de equipe e equipamentos; 2 - Custo de metro linear perfurado (sondagem mecânica); 3 - Custo de bases (extensões) ou caminhamentos (sondagem geofísica); 4 - Instalação por furo; 5 - Execução de plataformas em encostas; 6 - Execução de plataformas ou flutuantes em espelhos d'água.
Desvantagens do SPT. Temos como principal desvantagem a grande dependência do homem no processo de análise do solo recolhido para estudo com o SPT. Na verdade esse método depende de um profissional gabaritado além de um laboratório para que assim haja a correta avaliação do material recolhido. Além disso, por ser uma perfuração pontual ele apenas registra a configuração geotécnica do ponto no qual foi retirada a amostra. Temos com isso uma margem de erro por se tratar de um estudo pontual. Lembrando que o solo pode ter uma grande variação de composição em pequenas distâncias. Com isso encerramos os principais fatores limitadores do SPT.
Sondagens Rotativas
Definição
Sondagem rotativa é um método de investigação que consiste no uso de um conjunto moto-mecanizado, projetado para a obtenção de amostras de materiais rochosos, contínuas e com formato cilíndrico, através de ação perfurante dada basicamente por forças de penetração e rotação que, conjugadas, atuam com poder cortante.
Identificação
As sondagens rotativas serão identificadas pela sigla SR seguido de número indicativo. Em cada obra o número indicado deve ser sempre crescente, independentemente do local, fase ou objetivo da sondagem. Quando for necessária a
BW 59,94 42,
- EW 37,71 21,
- AW 48,00 30,
- NW 75,64 54,
86 mm - 86,02 72,
Principais tipos de barriletes:
Constituído por um único tubo, a passagem do fluído de circulação se dá entre a parede interna do barrilete e o testemunho. O testemunho fica sujeito à ação abrasiva do fluído de circulação e ao atrito com a parede interna do barrilete;
É constituído por dois tubos existindo um sistema de rolamentos entre as partes da cabeça do barrihete onde os tubos são rosqueados. Desta forma, enquanto o tubo externo gira com a coluna de perfuração, o tubo interno permanece estacionário ou gira lentamente. O testemunho fica protegido do atrito com a parede do barrilete e o contato do testemunho com o fluído de circulação se dá entre a extremidade do tubo interno e a face da coroa;
- Barrilete duplo-giratório
Barrilete de alta recuperação que possui um prolongador do tubo interno, designado caixa de mola. A extremidade do prolongador fica bem próxima da face da coroa, reduzindo consideravelmente o contato do testemunho com o fluído de circulação;
Barrilete de alta recuperação que possui um terceiro tubo, interno ao tubo interior, destinado a armazenar e proteger o testemunho;
- Barrilete de tubo interno retrátil
Barrilete de alta recuperação com dispositivos especiais que permitem a retirada do tubo interno, portador do testemunho, por dentro da coluna de perfuração, sem a necessidade de removê-la. Também conhecido por sistema “wire-line”.
Execução da sondagem
Em terreno seco, a sondagem deve ser iniciada somente após a limpeza de uma área que permita o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos. Deverá ser executado um sulco ao seu redor de forma a desviar as águas de enxurrada, no caso de chuva.
A sonda deverá ser firmemente ancorada e nivelamento no solo, de maneira a minimizar suas vibrações e conseqüente transmissão para a composição da sondagem.
Em terreno alagado ou coberto por lâmina d'água de grande espessura, a sondagem deve ser feita a partir de plataforma fixa ou flutuante firmemente ancorada, totalmente assoalhada, que cubra no mínimo, a área delimitada pelos pontos de apoiado tripé, ou um raio de 1,5 m contados a partir dos contornos da sonda.
Junto ao local onde será executada a sondagem deverá ser cravado um piquete, com a identificação da sondagem, que servirá de ponto de referência para medidas de profundidade e para fins de amarração topográfica.
Quando ocorrer solo no local do furo, a sondagem deverá ser feita com medidas de SPT a cada metro.
Deverão ser empregados todos os recursos das sondagens rotativas de maneira a assegurar uma perfeita recuperação de todos os materiais atravessados. Os principais recursos são: escolha de equipamentos e acessórios apropriados às condições geológicas, emprego de lamas bentoníticas como fluído de perfuração, realização de manobras curtas, adequação da velocidade de perfuração às características geológicas da rocha perfurada, etc.
Constituem elementos de interesse ao registro das características da sonda rotativa e da coluna de perfuração utilizadas, tempo de realização de manobras, características da coroa (quilatagem, P.P.Q., tipo, tempo de uso, etc.), bem como uma avaliação da pressão aplicada sobre a composição, sua velocidade de rotação, velocidade de avanço, pressão e vazão de água de circulação.
A seqüência de diâmetros a ser utilizada deverá ser estabelecida pela Fiscalização e somente poderá ser afetada mediante sua autorização, por comprovada necessidade técnica.
Quando no avanço da sondagem rotativa, ocorrer mais de 0,50 m de material mole ou incoerente, salvo especificação contrária, deverá ser executado um ensaio de penetração SPT, seguido de outros a intervalos de 1 m.
O controle da profundidade do furo, com precisão de 1 (um) centímetro, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra delas em relação ao piquete de referência fixado junto à boca do furo.
No caso da sondagem atingir o nível freático, a sua profundidade deverá ser anotada. Quando ocorrer artesianismo não surgente deverá ser registrado o nível estático e, no caso de artesianismo surgente, além do nível estático, deverão ser medidos a vazão e o respectivo nível dinâmico.
O nível d'água e as características do artesíanismo deverão ser medidos todos os dias antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após a conclusão da sondagem.
Quando houver interesse na obtenção de uma medida de nível piezométrico em qualquer trecho do furo em andamento, a Fiscalização poderá solicitar a instalação em cota determinada, de um obturador durante o intervalo entre dois turnos de perfuração. Neste caso, no reinicio dos trabalhos, serão medidos os níveis d'água, internos à tubulação do obturador e externos a ela.
b) pá-e-picareta/trado.
Cada sondagem componente deve ser executada de acordo com as instruções anteriormente descritas, para cada tipo de serviço e feitas da mesma maneira.
Apresentação dos Resultados: De acordo com o especificado nas respectivas as instruções anteriormente descritas para cada tipo de serviço e feitas da mesma maneira.
Referências Bibliográficas:
Diretoria de Engenharia - DER/SP DE 00/SP-001. Serviços Preliminares – Sondagem. 40p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA - ABGE. 1998. Geologia de engenharia. 587p.
LIMA, MARIA JOSÉ C. PORTO A. de. 1979. Prospecção geotécnica do subsolo. Livros Técnicos e Científicos editora S.A. Rio de Janeiro, RJ. 104 p.
Fontes de pesquisa:
http://www.cesec.ufpr.br/docente/andrea/Investig2.pdf; (retirado em 13/11/2010)
http://www.tecnica.eng.br/index.php?pg=son_rotativa
http://www.cravafundacoes.hdfree.com.br/sondagem.htm
http://www.conradmilla.com.br
