Investigação Geotécnica no Subsolo - Sondagens e Tipos de Análise

AULA 02 INVESTIGAÇÃO NO SUBSOLO SONDAGENS Prof Guilherme Andrade FUNDAÇÕES Investigação do material abaixo da superfície terrestre ao longo de uma determinada profundidade profundidade de estudo Esta profundidade e função do tipo de estudo realizado 1 Jazidas para rodovias 020 a 120 metros 2 Fundações para edifícios 10 a 30 metros 3 Exploração de petróleo pode ser mais de 1000 metros 1 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA Objetivos necessidade do conhecimento adequado do solo Determinação dos tipos de solos Disposição do terreno no subsolo estratigrafia Estimativa da profundidade e espessura das camadas Localização do lençol freático NA e particularidades Profundidade e características do topo rochoso Caracterização do solo Parâmetros de compressibilidade Resistência ao cisalhamento Permeabilidade 1 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA Definição de etapas da investigação Investigação preliminar Verificação das principais características do subsolo Investigação complementar ou de projeto Esclarecimento de feições relevantes Outros tipos de sondagens Investigação para a fase de execução Confirmar as condições de projeto em áreas críticas ou de grande variabilidade 1 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA Indiretos São aqueles em que a determinação das propriedades das camadas do subsolo são extraídas indiretamente por correlações entre as resistividades elétricas e velocidades de propagação de ondas sonoras Ex sensoriamento remoto mapeamento investigação geofísica magnética elétrica sísmica gravimétrica 11 TIPOS DE INVESTIGAÇÃO Semidiretos Fornecem características mecânicas dos solos prospectados sem a coleta de amostras São importantes devido a dificuldade de se amostrar solos muito moles ou areias puras Ex ensaio piezocone ensaio de palheta ensaio pressiométrico 11 TIPOS DE INVESTIGAÇÃO Diretos São métodos que permitem o acesso ao material investigado seja in situ ou através de amostras Ex escavação de poços de exploração escavação de trincheiras sondagens a trado sondagens a percussão sondagem rotativa sondagem mista 11 TIPOS DE INVESTIGAÇÃO AMOSTRA INDEFORMADA solo retirado sem ou com pequena modificação de suas características in situ com o uso de equipamentos e técnicas apropriadas O solo apresentase o mais próximo possível de sua estrutura original Geralmente de forma cúbica ou cilíndrica coleta manual amostradores de parede fina estrutura e teor de umidade do solo textura e composição mineral 12 TIPOS DE AMOSTRAS 12 TIPOS DE AMOSTRAS AMOSTRA DEFORMADA solo retirado com a destruição ou modificação apreciável de suas características in situ também chamada de amostra amolgada quando ocorre a fragmentação do material amostrado escavação manual ferramentas especiais trado amostradores de parede grossa textura e constituição mineral 12 TIPOS DE AMOSTRAS 12 TIPOS DE AMOSTRAS Perfuração de poços e trincheiras Sondagem a trado Sondagem à percussão SPT Sondagem rotativa Sondagem mista Sondagem com cone CPT Ensaio da palheta Vane Test Ensaio dilatométrico DMT Ensaio pressiométrico 2 TIPOS DE INVESTIGAÇÃO Escavações feitas no solo com a finalidade de retirada de amostras e inspeção direta do terreno ao longo da profundidade de estudo NBR 96042015 Escavações manuais geralmente não escoradas Permitem a observação da estratificação do solo Permitem a tomada de amostras indeformadas para caracterização do solo e determinação dos parâmetros de resistência Até o encontro do nível dágua ou onde for estável 21 POÇOS E TRINCHEIRAS 211 POÇOS 212 TRINCHEIRAS Sondagem a trado é um método de investigação de solos que utiliza como instrumento o trado um tipo de amostrado de solo constituído por lâminas cortantes que podem ser espiraladas ou convexas Tem por finalidade a coleta de amostras deformadas determinação da profundidade do nível dágua e identificação dos horizontes do terreno NBR 96032015 22 SONDAGENS A TRADO 22 SONDAGENS A TRADO Sondagem a percussão é um método de investigação de solo cujo avanço da perfuração por meio de trado ou de lavagem sendo utilizada a cravação de um amostrador para a medida de índices de resistência à penetração obtenção de amostras determinação do nível dágua e execução de vários ensaios in situ É possível ainda no final do ensaio à penetração medir o torque para ruptura da amostra ABNT NBR 64842001 Solo Sondagens de simples reconhecimentos com SPT Método de ensaio 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Ao se realizar uma sondagem pretendese conhecer O tipo de solo atravessado através da retirada de uma amostra deformada a cada metro perfurado A posição do nível ou dos níveis dágua quando encontrados durante a perfuração A resistência N oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão a cada metro perfurado N abreviatura do índice de resistência à penetração do SPT cuja determinação se dá pelo número de golpes correspondente à cravação de 30 cm do amostrador padrão após a cravação dos 15 cm 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Vantagens Custo relativamente baixo Facilidade de execução Permite descrever o subsolo e a coleta de amostras Possibilita a determinação do nível freático Fornece um índice de resistência a penetração Desvantagens Não ultrapassam matacões e blocos de rocha Podem ser detidas por solos muito duros Obtenção de amostras deformadas 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Cuidado com a escolha da firma pelo menor preço Custo aproximado SPT 35 a 80 reais por metro de 05 a 1 do valor total da obra Cabe ao projetista estabelecer um padrão mínimo de qualidade das investigações O projetista deve visitar a obra nas etapas de prospecção com o responsável pelas investigações mantendo uma relação técnica próxima 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Execução Locação dos furos de sondagem Marcado com a cravação de um piquete de madeira Este piquete deve ter gravada a identificação do furo e estar suficientemente cravado no solo servindo de referência de nível para a execução da sondagem e posterior determinação de cota através de nivelamento topográfico Anotar coordenadas e cota amarração com RN 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Montar o equipamento na posição da perfuração 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Martelo de 65 kg Amostrador padrão bipartido Conjunto moto bomba Tripé com roldana Tubos de revestimento Hastes de avanço lavagem e penetração Trépanos e Trados concha e helicoidal 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Perfurar com auxilio de um trado cavadeira ou concha até 1m de profundidade Recolher e acondicionar uma amostrar representativa de solo amostra zero 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Apoiar o amostrador acoplado na haste do tripé no fundo do furo apoiar o martelo sem bater e anotar a penetração Marcase com giz na haste de perfuração um segmento de 045m dividido em três intervalos de 015m 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Erguer o martelo de 65kg com auxilio das cordas e roldanas ate a altura de 75cm e deixar cair em queda livre Repetir ate a penetração dos 45 cm do amostrador padrão Contar o numero de quedas do martelo necessário para cravação de cada segmento de 15 cm do total de 45 cm 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Recolher e acondicionar a amostra contida no amostrador 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Repetir o procedimento com perfuração a trado helicoidal Quando alcançar o nível dágua ou quando o avanço a trado helicoidal for inferior a 5cm após 10 minutos de operação ou quando não estiver ocorrendo a recuperação do solo escavado passase ao método de perfuração por circulação de água 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO A circulação de água é realizada utilizandose do trépano de lavagem como ferramenta de escavação e a remoção do material escavado por meio de circulação de água realizada pela bomba dágua motorizada através da composição das hastes de perfuração 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Atingindo o 2º metro repetir o processo ate atingir um solo muito resistente ou a profundidade estabelecida pelo cliente Durante as operações de perfuração caso a parede do furo se mostre instável é obrigatória para amostragens subsequentes descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário Em casos especiais de sondagens profundas em solos instáveis solos muito arenosos etc onde a descida eou posterior remoção do tubo de revestimento for problemática podem ser empregadas lamas ou polímeros de estabilização Durante as operações de perfuração devem ser anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame visual táctil e da mudança de coloração dos materiais trazidos à boca do furo pelo trado helicoidal ou pela água de lavagem 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Registro do número de golpes Como geralmente não ocorre penetração exata de 45cm 1 É registrada a penetração imediatamente superior a 15cm 2 Contase o numero de golpes adicionais para 30cm 3 Em seguida contase o adicional para o amostrador atingir 45cm Exemplo de Registro 1418 1212 1515 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Cravação interrompida antes dos 45 cm penetração incompleta Em qualquer dos 3 segmentos de 15 cm o numero de golpes ultrapassar 30 3016 3011 Um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação 1415 2115 157 Não se observar o avanço do amostrador durante a aplicação de 5 golpes sucessivos do martelo seguir o processo com método de lavagem 50 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Casos especiais 147 150 Quando para o 1º golpe do martelo a penetração for superior a 45cm 023 051 Se ao apoiar o martelo houver penetração zero golpes 157 Se a penetração for incompleta 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Critérios para paralisação da sondagem circulação de água Se em 3 m sucessivos for necessários 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador Se em 4 m sucessivos for necessários 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador Se em 5 m sucessivos for necessários 50 golpes para penetração dos 45 cm iniciais do amostrador Justificativa geotécnica ou solicitação do cliente Se os avanços da perfuração forem inferiores a 5cm apos 10 minutos Impenetrável a percussão 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Cálculo da profundidade Ate a profundidade onde o acréscimo de tensão no solo fruto das cargas estruturais for menor do que 10 da tensão geostática efetiva usar ábaco da NBR 803683 Exemplos httpsengcivil20142fileswordpresscom201608notas deaulaprc3a1tica4mecsolosipdf httpswwwyoutubecomwatchvmFfgBWdwBA4 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Definição de um programa de prospecção Planta do terreno levantamento planialtimétrico Dados sobre a estrutura a ser construída e sobre vizinhos Informações geológicogeotécnicas disponíveis sobre a área Normas e códigos de obras locais Ex NBR 8036 Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO NBR 80361983 Quantidade de furos Ate 200 m² 2 furos 200 m² a 400 m² 3 furos 400 m² a 1200 m² 1 furo para cada 200 m² 1200 m² a 2400 m² 1 furo para cada 400 m² excedidos de 1200 Acima de 2400 m² plano particular da construção Estudos de viabilidade mínimo de 3 sondagens e distancia máxima de 100m 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Localização dos furos Estudos preliminares igualmente distribuídas Projeto critério específico que leve em conta pormenores estruturais A distância entre os furos de sondagem deve ser de 15 a 25m evitando que fiquem numa mesma reta e de preferência próximos aos limites da área em estudo 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO ÁREA CONSTRUÍDA m² NÚMERO MÍNIMO DE FUROS 200 2 200 400 3 400 600 3 600 800 4 800 1000 5 1000 1200 6 1200 1600 7 1600 2000 8 2000 2400 9 2400 A critério Pontos de maior concentração de carga Ate a profundidade onde o solo não seja mais significativamente solicitado pelas cargas estruturais Podese parar quando atingir camada de solo de compacidade ou consistência elevada e as condições mostrarem não haver possibilidade de se atingirem camadas menos consistentes ou compactas rocha ou camada impenetrável à percussão subjacente a solo adequado ao suporte de fundação 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO Solo N Compacidade Consistência Areias e siltes 4 Fofao arenoso 5 8 Pouco compactao 9 18 Medianamente compactao 19 40 Compactao 40 Muito compactao Argilas e siltes 2 Muito mole argilosos 3 5 Mole 6 10 Médiao 11 19 Rijao 19 Durao Relatório de sondagem Croqui do terreno com a localização dos furos Perfis individuais de cada furo Perfis longitudinais ao longo dos alinhamentos dos furos 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO 24 SPTT TORQUE Indicações indispensáveis em cada perfil individual Cota da boca do furo e coordenadas do furo Nome do técnico Dados do equipamento Data e hora do inicio e do fim do furo Posições de amostragem Descrição das camadas tipo de solo consistência compacidade cor e demais características perceptíveis Indicação do NSPT ao longo da profundidade Indicação do nível dágua 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO 23 SONDAGENS A PERCUSSÃO httpswwwyoutubecomwatchvtpZJyqVL2oA httpswwwyoutubecomwatchvlhlLYPkbn0s Define o torque necessário para superar a aderência do amostrador quando cravado com o solo que o envolve a cada metro perfurado Este índice pode ser convertido em valores de atritos laterais máximos e residuais peculiares ao solo Principais usos e aplicações o ensaio de SPTT está sendo utilizado em obras de médio e grande porte que utilizam fundações profundas de atrito lateral ajudando a minimizar os erros grosseiros que podem acontecer no ensaio de SPT 24 SPTT TORQUE Sondagem rotativa é um método de investigação que consiste no uso de um conjunto motomecanizado à perfuração de maciços rochosos e obtenção de amostras de materiais rochosos com formato cilíndrico chamadas e testemunho 25 SONDAGEM ROTATIVA 25 SONDAGEM ROTATIVA Sondagem mista é um método de investigação que conjuga a sondagem a percussão para o trecho em solo e a sondagem rotativa para o trecho em rocha Sondagem mista percussão rotativa Empregadas quando a sondagem a percussão atinge estrato rochoso matacões ou solos impenetráveis a percussão 26 SONDAGEM MISTA O ensaio consiste basicamente na cravação a velocidade lenta e constante de uma haste com ponta cônica medindose a resistência encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral NBR 120691991 27 CONE ESTÁTICO CPT É empregado como investigação complementar ao SPT para estimativa de parâmetros para projeto Previsão de capacidade de carga de estacas 27 CONE ESTÁTICO CPT 27 CONE ESTÁTICO CPT Equipamentos semelhante ao cone estático mas além das medidas da resistência de ponta e do atrito lateral ainda é possível medir a pressão da água no subsolo através dos medidores de poropressão A vantagem da utilização do piezocone consiste na possibilidade de correção da resistência de ponta durante o processo de cravação a partir do conhecimento das poropressões geradas 28 PIEZOCONE CPTU Consiste na medida do torque necessário para girar uma cruzeta metálica cravada no solo em uma dada profundidade NBR 10905 29 ENSAIO DA PALHETA São utilizados em solos com baixa consistência onde é possível a cravação estática da palheta a partir do nível do terreno O ensaio de palheta é tradicionalmente empregado na determinação da resistência não drenada ao cisalhamento das argilas moles Melhor equipamento para resistência ao cisalhamento no campo e ensaio de taludes 29 ENSAIO DA PALHETA Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas Pode ensaiar desde argilas moles a solos rígidos 210 ENSAIO DILATOMÉTRICO 210 ENSAIO DILATOMÉTRICO Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas Empregado na determinação in situ de características de deformabilidade e resistência dos solos rochas ou solos duros 211 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO Introdução de uma sonda cilíndrica dentro de um furo aberto no solo e na aplicação de uma pressão que levará à expansão da sonda tendo como consequência uma compressão horizontal do solo na zona envolvente As medidas de deformação são através do painel de controle que mede variações de pressões e volumes ocorridos com a deformação do solo 211 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO Em projetos de fundações são necessárias investigações geotécnicas geológicas e observações locais Com relação a isso considere Tais sondagens devem fornecer no mínimo a descrição das camadas atravessadas os valores dos índices de resistência à penetração e as posições dos níveis de água O excerto acima descreve A uma investigação geotécnica denominada Standart Penetration Test B um ensaio de laboratório de análise geológica denominado Penetration Cone C uma forma de observação local denominada Sand Penetration Test D uma investigação geotécnica denominada Sand Penetration Test E uma forma de observação local denominada Penetration Cone EXERCÍCIOS Considerando os resultados da sondagem à percussão apresentados na figura a profundidade do NSPT é superior a 20 a partir de EXERCÍCIOS Se o bulbo de tensões da sapata é de 4m qual é o Nspt médio do bulbo EXERCÍCIOS OBRIGADO PELA ATENÇÃO