Investigação do Subsolo para Fundações na Engenharia Civil - Aula 2

Fundações Aula 2 Investigação do subsolo Faculdade de Engenharia Engenharia civil Investigação do subsolo A solução do problema de fundação de qualquer obra de engenharia requer conhecimento prévio das características do subsolo no local a ser estudado Em geral o custo de um programa de prospecção bem conduzido situase entre 05 e 10 do valor da obra Subsídios mínimos requeridos pelo programa de investigação do subsolo Determinação dos tipos de solo que ocorrem nas diferentes camadas em profundidades Determinação das condições de resistência em termos de compacidade eou consistência de cada tipo de solo Determinação do nível do terreno para construção das fundações em relação ao perfil de sondagem e à espessura das camadas para cada tipo de solo Avaliação da orientação das camadas ao longo do horizonte mergulhos e afloramentos Informação sobre a ocorrência e variação sazonal do nível dágua no subsolo horário de esgotamento da perfuração horário de medida do nível dágua NA artesianismo lençol empoleirado etc Objetivos de investigação do subsolo Durante a elaboração do planejamento de uma investigação geotécnica temse como premissa apresentar e atingir os seguintes objetivos Apresentar o projeto da área a ser investigada contendo a identificação dos pontos de investigação assim como o detalhamento qualitativo e quantitativo da amostragem e dos ensaios que deverão ser realizados naquele local Compacidade dos solos granulares e a consistência dos coesivos Profundidade da ocorrência de impenetrabilidade em virtude da presença de material muito resistente com características de rocha Identificação da rocha e suas características litologia área em planta profundidade grau de decomposição etc Posição do nível dágua Extração de amostras indeformadas para ensaios mecânicos do solo Coeficiente de segurança Os fatores de segurança têm como objetivo compatibilizar as metodologias empregadas no dimensionamento às imprecisões decorrentes das hipóteses simplificadoras utilizadas nos cálculos estimativas de cargas de projetos e estimativa das propriedades mecânicas do solo Tipo de estrutura Investigação Precária Normal Precisa Monumental 35 23 17 Permanente 28 19 15 Temporária 23 17 14 Processos indiretos São processos que não fornecem diretamente os tipos de solos prospectados mas sim correlações entre estes e suas respectivas resistividades elétricas e velocidades de propagação de ondas sonoras Nesse sentido eles podem identificar diferentes tipos de materiais e suas descontinuidades Existem vários métodos geofísicos que podem ser utilizados tais como Sísmicos crosshole downhole sísmica de refração sísmica de reflexão MASW análise multicanal de superfícies de onda Geoelétricos eletrorresistividade GRP radar de penetração no solo potencial espontâneo Processos indiretos Ensaio da resistividade elétrica Processos indiretos Ensaio sísmico crosshole Processos semidiretos Fornecem características mecânicas dos solos prospectados Os valores obtidos possibilitam por meio de correlações indiretas informações sobre a natureza dos solos como por exemplo Ensaio de Palheta Vane Test Ensaio de Penetração do Cone CPT CPTu SCPTu Ensaio Pressiométrico PMT Ensaio Dilatométrico DMT entre outros Foram desenvolvidos em decorrência da dificuldade em amostrar alguns tipos de solos tais como areias puras e argilas moles possibilitando por meio da realização de ensaios executados in situ a determinação das características de comportamento mecânico obtidas mediante utilização de ábacos disponíveis na literatura Processos semidiretos Ensaio da Palheta Vane Test Desenvolvido para medir a resistência ao cisalhamento não drenada Su das argilas in situ Consiste na cravação de uma palheta em solos moles efetuandose a medida do torque necessário à sua rotação causando o cisalhamento do solo Fornece também uma ideia da sensibilidade da argila Sua aplicação pode ser realizada por cravação direta no solo em furos de sondagens ou em préfuros específicos para este fim A resistência não drenada Su pode ser obtida por Su KNm2 Onde M torque máximo medido no ensaio KNm D diâmetro da palheta m Processos semidiretos Ensaio da Palheta Vane Test Processos semidiretos Ensaio de Penetração do Cone Foi desenvolvido com o propósito de simular a cravação de estacas Neste ensaio a resistência lateral é obtida pela diferença entre a resistência total correspondente ao esforço estático necessário para a penetração do conjunto em uma extensão de aproximadamente 25 cm e a resistência de ponta quando se cravam somente 4 cm da ponta móvel Processos semidiretos Ensaio de Penetração do Cone Quando a força F1 é aplicada o cone é forçado a penetrar no terreno pela haste interna e então é medida a resistência de ponta do terreno qc na profundidade de execução do ensaio Quando a força F2 é aplicada a haste externa penetra no terreno até encostar na base do cone e então é determinada a resistência por atrito lateral do terreno fs na profundidade de ensaio Quando as duas hastes são forçadas a penetrar no terreno podese medir a resistência total qt qc fs na profundidade desejada Os resultados são usualmente fornecidos em forma de gráficos que apresentam as resistências de ponta qc e atrito lateral fs em função da profundidade Processos semidiretos Ensaio de Penetração do Cone Processos semidiretos Ensaio Dilatométrico Ensaio de penetração efetuado por meio de cravação de uma lâmina de aço inoxidável no terreno e pela ação de uma membrana metálica muito fina de aço de 60 cm de diâmetro que é expandida contra o solo pela ação do gás de nitrogênio extra seco O processo é realizado em intervalos de 20 cm ao longo da profundidade momento em que a sonda é estacionada Processos semidiretos Ensaio Dilatométrico O conjunto para realização do ensaio é composto por hastes de cravação tubo para alimentação do gás e lâmina acoplada no primeiro segmento de haste a ser cravado Em cada etapa do ensaio são realizadas duas leituras de pressões por um equipamento medidor A primeira leitura é referente ao início da expansão da membrana leitura P0 A segunda é referente à expansão de 11 mm no centro da lâmina agindo contra o terreno leitura P1 Processos semidiretos Ensaio Dilatométrico Processos semidiretos Ensaio Pressiométrico Utilizado para obtenção do módulo de elasticidade e da resistência ao cisalhamento dos solos e rochas Existem alguns tipos de pressiômetros empregados para realização deste ensaio pressiômetro em perfuração autoperfurante e cravado Processos semidiretos Ensaio Pressiométrico Processos diretos Permitem o reconhecimento do solo prospectado mediante análise de amostras provenientes de furos executados Essas amostras fornecem subsídios para um exame táctilvisual e permitem a realização de alguns ensaios de caracterização Sondagem a trado Tratase de uma ferramenta manual de perfuração composta por uma barra de torção horizontal conectada a uma luva em forma de T adicionalmente a um conjunto de hastes de avanço em cuja extremidade se acopla uma cavadeira ou broca em formato helicoidal ou espiral Vantagens simples execução rápida e econômica Desvantagens as informações obtidas são apenas amostras do tipo de solo espessura de camada e posição do lençol freático As amostras coletadas são deformadas e situamse acima do NA Processos diretos Sondagem a trado Trado cavadeira Trado torcido Trado helicoidal Trado helicoidal Processos diretos Sondagens de Simples Reconhecimento SPT Durante a execução da sondagem de simples reconhecimento realizase o ensaio SPT Standard Penetration Test que permite a determinação da resistência mecânica do solo por meio do número de golpes necessários à cravação de um amostradorpadrão NSPT As amostras representativas do solo são coletadas a cada metro de profundidade por meio de amostradorpadrão do tipo Raymond ϕext 508 mm e ϕint 3493 mm Processos diretos Sondagens de Simples Reconhecimento SPT O procedimento de ensaio consiste na cravação do amostrador no fundo de uma escavação revestida ou não usando um martelo pesando 65 kg que cai de uma altura livre de 75 cm A cravação do amostrador é realizada em três trechos iguais de 15 cm cada O valor do NSPT é o número de golpes necessários para fazer o amostradorpadrão penetrar 30 cm após uma cravação inicial de 15 cm Processos diretos Sondagens de Simples Reconhecimento SPT Processos diretos Sondagens de Simples Reconhecimento SPT Processos diretos Sondagens de Simples Reconhecimento SPT A correlação entre o número de golpes e os estados dos solos argilosos e arenosos é mostrada nas tabelas a seguir NSPT Argilas e siltes argilosos 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Médiao 11 a 19 Rijao 19 Durao Solos argilosos NSPT Areias e siltes arenosos 4 Fofao 5 a 8 Pouco compactao 9 a 18 Medianamente compactao 19 a 40 Compactao 40 Muito compactao Solos arenosos Programação da Investigação do Subsolo NSPT A programação de uma investigação do subsolo para efeito do projeto da fundação de uma obra de engenharia depende significativamente do tipo de obra a ser construída De acordo com a ABNT NBR 8036 o número de perfurações deve ser de no mínimo 1 um para cada 200 m2 de área construída até 1200 m2 de área Entre 1200 m2 e 2400 m2 deve ser feita mais uma perfuração para cada 400 m2 que exceder 1200 m2 Acima de 2400 m2 o número de perfurações será fixado de acordo com cada caso particular a critério do responsável pelo projeto das fundações Em quaisquer circunstâncias o número mínimo de perfurações deverá ser de Duas para terrenos de até 200 m2 Três para terrenos entre 200 m2 e 400 m2 Sondagem NSPT Quantidade de sondagens Área m2 Nmín perfurações 200 2 200 a 400 3 400 a 600 3 600 a 800 4 800 a 1000 5 Área m2 Nmín perfurações 1000 a 1200 6 1200 a 1600 7 1600 a 2000 8 2000 a 2400 9 2400 A critério do projetista Processos diretos Sondagem Rotativa É empregada na perfuração de rochas de solos de alta resistência e matacões ou blocos de natureza rochosa O equipamento compõese de uma haste metálica rotativa dotada na extremidade de um amostrador que dispõe de uma coroa de diamante É possível a retirada de testemunhos de rochas para avaliar entre outras coisas a qualidade do maciço rochoso denominado RQD Rock Quality Designation O índice RQD estabelece a qualidade do maciço de rocha de acordo com a relação entre a soma dos comprimentos dos segmentos resgatados pelo amostrador com comprimento maior ou igual a 10 cm pelo comprimento total do testemunho resgatado Processos diretos Sondagem Rotativa Classificação quanto ao índice RQD Rock Quality Designation RQD Qualidade da rocha 0 25 Muito fraca 25 50 Fraca 50 75 Razoável 75 90 Boa 90 100 Excelente Exercícios 1 Completar a tabela com o número de golpes NSPT que poderá caracterizar as diversas camadas exemplificadas abaixo Nº golpescamada de penetração Camada 1 trecho 2 trecho 3 trecho NSPT 1 2 4 7 2 0 114 313 3 0 120 235 4 10 15 18 5 12 18 25 6 33 57 7 030 140 8 55 9 5510 10 42 508 Exercícios 2 Determinar o número mínimo de sondagens e sua distribuição em planta para as seguintes situações Edificação com 500 m2 de área construída projetada Edificação com 850 m2 de área construída projetada Edificação com 1700 m2 de área construída projetada Exercícios 3 Complete a tabela com o número de golpes NSPT indicando as características de consistência ou compacidade de cada camada de acordo com as indicações da NBR 6484 que poderão caracterizar as diversas camadas exemplificadas abaixo Camada 1 15 cm 2 15 cm 3 15 cm NSPT Solo Classificação 1 0 1 2 Argila arenosa Marrom avermelhada 2 1 114 313 3 0 220 535 4 1 3 6 5 5 4 8 Silte argiloso Amarelado 6 8 8 9 7 10 9 12 8 32 35 5012 Areia fina Bege 9 50 508 10 503 Referências bibliográficas ALBUQUERQUE P J R GARCIA J R Engenharia de Fundações 1º ed Rio de Janeiro LTC 2020 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto Procedimento Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 6122 Projeto e execução de fundações Rio de Janeiro CINTRA J C A AOKI N ALBIERTO J H Fundações diretas Projeto geotécnico 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2016 VELLOSO D A LOPES F R Fundações Critérios de projeto investigação do subsolo e fundações superficiais 2 ed São Paulo Oficina de Textos 2015 VELLOSO D A LOPES F R Fundações profundas 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2014