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UNIVERSIDADE: __________________ Curso: ____________________
Fundações:
“Métodos de investigação do subsolo”
Aluno: _____________________________ RA: __________
Professor: Professor Douglas Constancio Disciplina: Fundações I Data: Americana, julho de 2005.
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CONTEÚDO INTRODUTÓRIO – “REVISÃO”: MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO:
• MÉTODOS INDIRETOS: 1 – SÍSMICA DE REFRAÇÃO: Baseia-se no tempo de percurso de ondas sonoras em horizontes de dois tipos de rochas ou solos. Princípio de funcionamento: V1 < V2 < V3 VELOCIDADE = ESPAÇO TEMPO Determina a velocidade de propagação de ondas.
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Superfície do Terrenoonda direta
onda refratada
Sismógrafo Portátil
V - 1
V - 3
V - 2
Geofone
1ª Camada
3ª Camada
2ª Camada
Martelo (7Kg)
2 – ELETRORRESISTIVIDADE O método da eletroresistividade consiste essencialmente em determinar a diferença de potencial elétrico entre dois eletrodos centrais chamados de eletrodos de potencial, conhecendo-se a intensidade de corrente amigada por dois eletrodos laterais denominados de eletrodos de corrente.
Onde: 0 = centro de arranjo A; B = eletrodos de corrente M; N = eletrodos de equipotenciais M.A. = miliamperímetro M.V. = milivoltímetro Tipos de arranjos:
• Wenner • Schulumberger
ρa = ΔV * K Resistividade aparente
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I
Onde:
ΔV = diferença de potencial I = intensidade de corrente elétrica K = coeficiente de correção Nota Importante: Os métodos indiretos não eliminam a necessidade de sondagens diretas, devem ser encarados como um auxiliar eficaz e econômico na resolução de problemas específicos, permitindo reduzir bastante o número de sondagens diretas, mais caras e demoradas.
• MÉTODOS DIRETOS: São aqueles nos quais retiramos amostras de solo ou rocha para posterior análise em laboratório. 1 – MANUAIS:
• Trado
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Limitações do método:
Retirada de amostras deformadas Só para caracterização expedita Encontro do N.A. do subsolo Desmoronamento das paredes laterais Só para solos coesivos
• Poço ou Poço de Inspeção
Envoltos em gase e parafina para não perder a umidade(para caracterização tecnológica em labroratório *)
Amostras Indeformadas de Solo(25x25x25)
= 1,00 a 1,10 metros
* Ensaios de: Umidade, granulometria, limite de liquidez, plasticidade, CBR, proctor, resistência ao cisalhamento, etc.
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Limitações do Método:
Encontro do N.A. do subsolo Desmoronamento das paredes laterais Só para solos coesivos
• Trincheiras
São basicamente valas a céu aberto escavadas manualmente nas quais permitem a retirada de amostras indeformadas de solo para uma caracterização em laboratório, sendo que as limitações do método são as mesmas do poço de inspeção.
1,0 a 6,0 metros
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• Galeria
São escavações feitas em rocha, podendo o seu desmonte ser feito a “fogo”, com o objetivo de retirada de amostra indeformada para uma posterior classificação geotécnica em laboratório.
2,20
2,20
Limitações do Método:
Encontro do N.A. Desmoronamento das paredes
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2 – MECÂNICOS:
• Sondagem à percussão Trata-se de um método que foi desenvolvido pelo engenheiro geotécnico KARL TERZAGHI, durante a Segunda Guerra Mundial para a Força Aérea Americana e tinha como objetivo avaliar as condições do subsolo para fins de construção de pista de pouso de aeronaves. Objetivo do Método:
Coleta de amostras semi-deformadas de solo de metro a metro
Resistência do solo In Situ através do S.P.T. Perfil Geotécnico do subsolo Profundidade do N.A. estável (N.A. = Nível d´água)
Equipamentos Principais:
Tripé Haste Revestimento T de lavagem Revestimento d´água Peso de 65 Kg Trépano ou Broca de Lavagem Barrilete amostrador padrão Conjunto moto-bomba
Obs: podem ser vistos nas fotos ilustrativas.
Mão de Obra: Para a execução da sondagem é preciso 3 pessoas, ou seja, 2 ajudantes e 1 operador. Detalhe: Barrilete amostrador padrão
BICO
CORPO
ORIFÍCIO PARACIRCULAÇÃO DE ÁGUA
CABEÇA
- DIÂMETRO EXTERNO = 50,8 mm- DIÂMETRO INTERNO = 34,9 mm- BIPARTIDOCARACTERÍSTICAS:
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AMOSTRA SEMI-DEFROMADA = OS ÚLTIMOS 30 CM
15 cm
15 cm
15 cm
45 cm45 cm
BI-PARTIDO
SEMI-DEFORMADAAMOSTRA
DESPREZA BUCHA
3º 15 cm
2º 15 cm
1º 15 cm
SPT – STANDARD PENETRATION TEST É o número de golpes necessários para a cravação dos últimos 30 cm de um barrilete amostrador padrão por um peso de 65 Kg solto a 75 cm de altura em queda livre. Exemplo: Primeiros 15 cm 4 golpes Os próximos 15 cm 5 golpes 15 cm finais 6 golpes Desprezo os primeiros 15 cm (4 golpes) Uso os últimos 30 cm (5 + 6 golpes) Portanto SPT = 11 golpes ____________________________________________________________________________________
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Nº. de golpes para penetração de 15 cm
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Obs: Quando interromper a sondagem? Alguns dos critérios de parada (DIRETRIZES PARA EXECUÇÃO DE SONDAGENS – ABGE – Associação Brasileira de Geologia de Engenharia):
Quando encontrarmos o topo rochoso ou matacão de natureza rochosa.
Quando por 3 trechos consecutivos forem necessários mais de 45 golpes para a cravação de 5,0 cm do barrilete amostrador padrão.
Quando por 30 minutos com o auxílio do trépano ou broca de lavagem, este penetrar somente 5,0 cm.
Equipamentos para sondagem a percussão:
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TABELA SEGUNDO VITOR F.B. MELLO: (Mecânica dos solos – USP – São Carlos) Argilas Consistência:
SPT MUITO MOLE < 2
MOLE 2 – 5 MÉDIA 6 – 10 RIJA 11 – 19
DURA >19 Areias e siltes Compacidade:
SPT FOFA 0 – 4
POUCO COMPACTA 5 – 8 MEDIANAMENTE COMPACTA 9 – 18
COMPACTA 19 – 40 MUITO COMPACTA > 40
Quantidade de furos de sondagem a executar por m2 de área a construir (projeção a construir) – NBR 8036 – Programação de sondagem de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios:
ÁREA – m2 Nº DE FUROS < 200 2 (evitar menos que 3)
200 – 400 3 (evitar menos que 3) 400 – 600 3 (evitar menos que 3) 600 – 800 4 800 – 1000 5 1000 – 1200 6 1200 – 1600 7 1600 – 2000 8 2000 – 2400 9
> 2400 Á CRITÉRIO DO PROJETISTA
MODELO DE PERFIL DE SONDAGEM
VERIFICADOEM 03/03/94ÀS 16:30 hs
LIMITE DA SONDAGEM
(SOLO SAPROLÍTICO)
VERMELHA CLARA / ESCURADE ROCHA DECOMPOSTA, DURA,ARGILA SILTOSA COM FRAGMENTOS
36 / 01
25 / 02
I.P.
45
36
23
12,0
7,0
8,00 m
(SOLO RESIDUAL)
VERMELHA CLARA, AMARELAMÉDIA A DURA VARIEGADA,ARGILA POUCO SILTOSA PLÁSTICA
ARGILA SILTO ARENOSA, MOLE, VERMELHA CLARA
DESCRIÇÃO DO MATERIAL
2
22
13
9
6
3 2,0
CLARA
SPT PROF.
N.A.
DADOS TÉCNICOS: I.P. = IMPENETRÁVEL A PERCUSSÃO DATA DE VERIFICACÃO DO N.A. INICIAL: 8,80 m em 03/03/94 FINAL: 8,00 m em 04/03/94 AMOSTRADOR: Ø INTERNO = 34,90 mm Ø EXTERNO = 50,80 mm PESO: 65 Kg TUBO DE REVESTIMENTO: Ø DE 66,50 mm
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• Ensaios Especiais: Durante a execução de uma sondagem à percussão, podemos executar alguns ensaios especiais, sendo que os principais são os abaixo descritos: A – Ensaios de Infiltração: Tem a finalidade de determinar o coeficiente de permeabilidade do solo (k). Este ensaio é regulamentado pelo procedimento técnico, publicado pela ABGE, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, no ano de 1990. Com a realização deste, podemos avaliar o coeficiente de permeabilidade largamente utilizado dentro da mecânica dos solos na aplicação da Lei de Darcy. A seguir temos um resumo de classificação dos coeficientes e graus de permeabilidade.* Lembrete: Lei de Darcy V = k × I × A Onde: V = Vazão k = Coeficiente de Permeabilidade A = Área da seção transversal I = Gradiente Hidráulico * É a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à passagem da água através dos seus vazios
TABELA PARA AVALIAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILADE (k) SEGUNDO MELLO E TEIXEIRA (1967)
1010101010
SOLO
SILTES ARGILOSOSSAS E ARGILOSAS,AREIAS FINAS SILTÓ-PEDREGULHO AREIAS ARGILAS
2 -2 -6-4 -8k (cm/s)
GRAUS DE PERMEABILIDADE SEGUNDO TERZAGHI E PECK (1967)
GRAU DE PERMEABILIDADE k (cm / s) ALTA ACIMA DE 10-1
MÉDIA 10-1 A 10-3
BAIXA 10-3 A 10-5
MUITO BAIXA 10-5 A 10-7
PRATICAMENTE IMPERMEÁVEL ABAIXO DE 10-7
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B – S.P.T.T. – Standard Penetration Test com determinação de Torque: Em 24 de abril de 1955, foi divulgado pelo engenheiro STELVIO M. T. RANZINI, a idéia de o esforço despendido para vencer as tensões no contato face externa do amostrador e o solo. Em resumo, o objetivo é medir com o auxílio de um torquímetro o torque existente entre o barrilete amostrador cravado e o solo (torque = kgf.cm). Portanto este valor corresponde à resistência lateral e poderá ser utilizado para se avaliar a carga lateral de estacas neste solo.
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Detalhe do peso de 65 kg sendo levantado para a verificação do SPT
Detalhe do trépano ou broca de lavagem, ferramenta utilizada para executar o avanço da sondagem
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Foto ilustrativa do barrilete amostrador padrão bi-partido com a amostra semi-deformada do solo
Foto ilustrativa do engenheiro geotécnico executando a análise táctil-visual das amostras semi-deformadas de solo
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Detalhes: Torquímetro – Modelo: 600 (R) Gedore com ponteiro de arrasto; Foto ilustrativa da determinação de torque
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• Sondagem Rotativa:
Finalidade: Quando uma sondagem à percussão se torna impenetrável, passamos a utilizar as ferramentas da sondagem rotativa.
Objetivos: - Obtenção de testemunhos (cilindros de rocha), amostras indeformadas de rochas - Identificação das descontinuidades (falhas, fissuras, fraturas, etc.) - Ensaios “IN-SITU”: a-) Perda d´água ou absorção d´água b-) % de recuperação c-) % R.Q.D. - Ensaios mecânicos de laboratório para avaliar a resistência das rochas - Caracterização tecnológica do maciço rochoso (alteração, fraturamento) - Perfil geológico e geotécnico
Equipamentos: - Motor estacionário - Caixa de câmbio - Moto-bomba - Reservatório de água (capacidade 1000 litros) - Haste de revestimento - Barrilete amostrador - Broca ou Coroa Obs: Podem ser vistos nas fotos ilustrativas
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GRAUS DE RECUPERAÇÃO DE TESTEMUNHOS (Para avaliação da qualidade da sondagem)
GRAUS DE RECUPERAÇÃO
% DE RECUPERAÇÃO
QUALIDADE DE RECUPERÇÃO
R1 100 – 90 BOA R2 90 – 75 REGULAR R3 < 75 POBRE
GRAUS DE % DE R.Q.D. (Rock Quality Designation) (Para avaliação da qualidade do maciço rochoso) Para perfuração em % (Relativo à perfuração com Ø N)
% R.Q.D. QUALIDADE DO MACIÇO ROCHOSO 0 – 25 MUITO FRACO
25 – 50 FRACO 50 – 75 REGULAR 75 – 90 BOM 90 – 100 EXCELENTE
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DIÂMETROS DE PERFURAÇÃO MAIS UTILIZADOS EM GEOTECNIA
Ø (SÍMBOLO) DIMENSÕES (mm) B 42,00 N 54,70 H 76,20
CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DE TESTEMUNHOS DE SONDAGEM ROTATIVA PARA ROCHAS ÍGNEAS OU MAGMÁTICAS E METAMÓRFICAS
GRAU DE ALTERAÇÃO
ROCHA CARACTERÍSTICAS
A1
SÃ OU PRATICAMENTE
SÃ
-Macroscopicamente inexistem indícios de alteração física ou química dos minerais -Não se verifica queda de resistência original da rocha típica
A2
MEDIAMENTE ALTERADA
-Alteração marcante dos minerais, resultando em descoloração original da rocha -Diminuição da resistência da rocha em relação à anterior
A3
MUITO
ALTERADA
-Minerais alterados que mascaram a cor original da rocha -As bordas dos fragmentos podem ser abatidas por lâminas de aço ou quebradas pela pressão dos dedos -Com lâmina de aço sulca-se acentuadamente a superfície do fragmento
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GRAUS DE FRATURAMENTO
GRAU DE FATURAMENTO
Nº DE FRATURAMENTO
/ METRO
TERMO DESCRITIVO
F1
0 a 4 POUCO FRATURADA
F2 5 a 10 MEDIAMENTE FRATURADA
F3
11 a 20 MUITO FRATURADA
F4 > 20 EXTREMAMENTE FRATURADA
F5
- FRAGMENTADA
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BROCAS OU COROAS
FISSURAS PARA CIRCULAÇÃO DE ÁGUA
DIAMANTE OU WIDIA
ROSCA INTERNA
DIAMANTE OU WIDIA (CARBETO DE TUNGSTÊNIO)
ROSCA EXTERNA
Tipos de Perfuração:
1. Sem recuperação de testemunhos. (para fins de Petróleo)
2. Com recuperação de testemunhos (para geotecnia
e mineração)
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Broca ou coroa com calibrador
Peça com diamante
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Broca ou coroa diamantada Para recuperação de testemunhos, do tipo impregnada (widia + diamante)
Broca ou coroa diamantada Sem recuperação de testemunhos, do tipo cravada
Broca ou coroa diamantada
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Broca ou coroa com calibrador de widia (carbeto de tungstênio)
• Ensaios Especiais “IN SITU”: São ensaios desenvolvidos durante a execução da sondagem e possuem várias finalidades como descrevemos abaixo:
Perda de água ou absorção de água: Tem como objetivo, avaliar a quantidade de descontinuidades que a rocha possui, para uma posterior solidificação das mesmas com uma injeção de nata de cimento na proporção de 1 : 1.
infiltra nas fissuras ou fraturasOBS: A água injetada sob pressão
FISSURAS OU FRATURASMANOBRADECOMPRIMENTO
SUPERFÍCIE
OBTURADOR
ÁGUA SOB PRESSÃOMANÔMETRO
ABSORÇÃO OU PERDA DE ÁGUA = = LITROS (QUANTIDADE DE ÁGUA INJETADA) = LUGEON COMPRIMENTO DE MANOBRA x TEMPO x PRESSÃO
↓
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Kgf/cm2
% R.Q.D.: % DE RECUPERAÇÃO - % R.Q.D. % RECUPERAÇÃO = Avaliação da quantidade da sondagem % R.Q.D. = Avaliação do maciço rochoso Exemplo:
% RECUPERAÇÃO % REC = ∑ TOTAL DOS TESTEMUNHOS x 100 COMPRIMENTO DE MANOBRA % R.Q.D.: (Rock Quality Designation) % R.Q.D. = ∑ DOS TESTEMUNHOS ≥ 10 cm x 100 COMPRIMENTO DE MANOBRA % REC = 0,10+0,05+0,40+0,03+0,02+0,09+0,08+0,16 x 100 1,50 % REC = 0,93 x 100 = 62 % 1,50 % R.Q.D. = 0,10+0,40+0,16 x 100 1,50 % R.Q.D. = 0,66 x 100 = 44 % 1,50
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