aula 04 mÉtodos de exploraÇÃo · sondagens e ensaios c) redução da execução de outros...

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AULA 04

MÉTODOS DE EXPLORAÇÃO

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FUNDAMENTOS DE MECÂNICA DOS SOLOS



- Reconhecimento do subsolo: projeto seguro, econômico e viável;

- Solos ou rochas como materiais de construção (barragens, aterros,

etc.): conhecer as jazidas;

- Programa de investigação: conforme o tipo de obras (barragem x

residência).

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Informações básicas necessárias:

a) Determinação da extensão, profundidade, espessura, descrição do

solo;

b) Profundidade da superfície da rocha e sua classificação;

c) Água no subsolo? Variação de nível?

d) Coleta de amostras indeformadas: propriedades mecânicas do solo

(compressibilidade, permeabilidade e resistência ao cisalhamento).

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FUNDAMENTOs DE MECÂNICA DOS SOLOS

PROSPECÇÃO

6.1 Prospecção

Definição: fornece características do subsolo

de acordo, dividindo-se em:

a) Preliminar: fornece dados que permitam a

localização das estruturas principais do projeto,

estimando custos e definindo a viabilidade técnica e

econômica da obra. Áreas de empréstimos devem

ser investigadas, bem como o volume determinado

para cada uma delas (retirada de amostras).

Existência de mapas geológicos?

5


PROSPECÇÃO

b) Complementar: preenche-se as

lacunas da prospecção anterior, com

investigações adicionais – retirada de amostras

de grande diâmetro, ensaios in situ e abertura de

poços ou túneis.

c) Localizada: realizada sempre que uma

particular estrutura não puder ser

adequadamente projetada ou o comportamento

do solo não puder ser avaliado de forma acertada

com as informações obtidas anteriormente.

6


SONDAGENS E ENSAIOS

7 SONDAGENS E ENSAIOS

- Desconhecimento do solo: grandes erros, gastos desnecessários.

- Obra x Terreno: tipo de sondagens e ensaios que serão escolhidos.

- Prospecção geotécnica: conjunto de operações destinadas a

determinar a natureza, disposição, conformação e outras características de

um terreno onde se vai realizar determinada obra. Seus métodos

classificam-se em: indiretos, semidiretos e diretos.

7


SONDAGENS E ENSAIOS

7.1 Métodos indiretos

- Definição: analisa-se a medida da

resistividade elétrica ou da velocidade de

propagação de ondas elásticas (ondas

sonoras);

- Vantagem: a) rapidez e economia,

informações numa zona mais ampla;

b) detecção de

singularidades do terreno: importante no

estudo preliminar do projeto de grandes

obras (aterros, pontes, barragens, etc.).

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SONDAGENS E ENSAIOS

c) redução da execução de outros ensaios, facilitando o

planejamento e a localização de furos de sondagens (redução de

custo);

- Não são retiradas amostras nem fornecidas indicações quanto

aos tipos de solos abrangidos pelos ensaios;

- Indicação: determinar a profundidade da camada rochosa ou

localizar irregularidades no subsolo criadas por materiais em contato

de características bem diferentes que só poderiam ser detectadas por

outros processos de prospecção a um custo muito maior.

- Ressalva: existência e a localização do nível d’água – prejuízo

com a interpretação dos resultados;

9


SONDAGENS E ENSAIOS

- Mais usados: ensaio de resistividade elétrica e o sísmico.

- Resistividade: mede a resistividade elétrica que um material

apresenta à passagem de uma corrente elétrica. As diferenças de

resistividade indicam condições diferentes do subsolo.

Camada densa e

menor teor de

umidade

- Sísmico: baseado no princípio de que a velocidade de propagação

de uma onda é maior em um meio mais denso. Aplicação recente em

camadas pouco profundas, sendo utilizado há muito tempo na exploração

de petróleo.

Necessidade de mão de obra qualificada e com experiência na

interpretação dos resultados.

Valor da

resistividade

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SONDAGENS E ENSAIOS

7.2 Métodos semidiretos

- Definição: características do terreno sem a

coleta de amostras – informações sobre a

natureza dos solos;

- Objetivo: facilitar a coleta de amostras de

alguns solos (areias puras ou submersas e

argilas sensíveis de consistência muito mole);

- Vantagem: executado in situ (configuração

geológica do terreno) – evita choques e

vibrações do transporte e as influencias das

distorções e tensões durante a amostragem.

Ex: “Vane-test” ou Palheta; Ensaio de

penetração de cone; Ensaio pressiométricos. “Vane-test” ou Palheta

Ensaio de Penetração do Cone

Penetrômetro Holandês,

década de 40.

Equipamento para cravação de

ponteira CPT-u, capacidade de

cravação de até 20tf

Cones e caixa de dados

Fonte: www.damascopenna.com.br

Fonte: www.damascopenna.com.br

Ensaio de Penetração do Cone

13

FUNDAMENTO DE MECÂNICA DOS SOLOS

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO

7.3 Métodos diretos

- Definição: observação direta do solo e obtenção de amostras.

- Reconhecimento do solo: amostras "furos" no terreno (deformadas -

exame visual táctil e ensaios de caracterização);

- Coleta de amostras indeformadas: teor de umidade, resistência ao

cisalhamento e compressibilidade.

- Delimitação entre as camadas, nível do lençol freático e

consistência das argilas e compacidade das areias.

- Envolvem os principais métodos de investigação.

OBS: Os exames de prospecção oferecem apenas visão pontual do

subsolo.

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7.3.1.Poços, trincheiras e galerias de inspeção

- Objetivo: escavação do subsolo (manual ou mecânica), expondo-o e

permitindo observação visual; pode-se coletar amostras indeformadas.

- Poço: escavação vertical (seção circular ou quadrada) – observação

das camadas de solos e rochas e coleta de amostras.

- Trincheiras: menor profundidade e de seção contínua horizontal.

Limitação: rochas ou solos muito consistentes.

Fonte: Google Imagens

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7.4 Equipamentos de sondagem

Trado

- Amostras deformadas;

- Reconhecimento da estratigrafia em pequenas profundidades (2 m);

- Emendas nas hastes do trado: 5 a 6 m - serviço é demorado;

- Diâmetro pequeno: 2 a 4” (5 a 10 cm).


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SPT - Standard Penetration Test (Teste padrão de penetração)

- Sondagem à percussão ou sondagem de simples reconhecimento;

- Método mais usado no Brasil, conhecido como Ensaio Penetrométrico;

- Cilindro amostrador: cravado com martelo de 65 kg caindo 75 cm;

- N: nº de golpes

- 3 trechos: 15 cm

- Resistência à penetração (NSPT): golpes aplicados nos 30cm finais;

- Possibilidade de ensaios de infiltração para medir a permeabilidade;

- Condições ideais: penetração de 40 m;

- Nega: limitação por golpes (penetração <5 cm em 10 golpes

consecutivos);

-Equiparado a torquímetro: resistência de atrito;

- NBR 6484

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SPT - Continuação

- Vantagem: amostras em profundidades consideráveis, equipamentos

fáceis de se encontrar em todo o País;

- Desvantagem: não recomendável para solos moles (energia aplicada

alta); fórmulas empíricas que não consideram a complexidade do solo;

uso de motor e água; dependência de energia e de água; mobilização e

instalação difícil e demorada.

Classificação dos solos em função do valor do SPT (compacidade dos

solos grossos ou consistência dos finos):

SOLO SPT DESIGNAÇÃO

Areia e silte arenoso < 4

5 – 8

9 – 18

19 – 40

> 40

Fofa

Pouco compacta

Medianamente compacta

Compacta

Muito compacta

Argila e silte argiloso < 2

3 – 5

6 – 10

11 – 19

> 19

Muito mole

Mole

Média

Rija

Dura



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Informações que devem ser apresentadas:

- Resultados em forma de relatório e anexos;

- Dados sobre o local, tipo de obra, descrição sumária dos

equipamentos, etc;

-Planta de localização dos furos e do RN adotado;

- Perfis individuais dos furos;

- Número do furo de sondagem;

- Cota da boca do furo;

- Data de início e término da sondagem;

- Posição das amostras colhidas e das não recuperadas;

- Profundidade das transições entre camadas e do fim do furo;

- Índices de resistência à penetração (SPT);

- Identificação, classificação e convenção gráfica das amostras segundo

a NBR 6502/60;

- Posição do N.A. e data de observação.

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Quantidade de furos x Área da edificação

Os furos devem ser distribuídos no terreno, de modo a não

distância superior a 25 m entre eles.

Além da tabela acima, pode-se estimar a carga admissível em um solo mediante a fórmula

N/5

Onde: N é o índice SPT. Assim, se um solo com índice SPT de 20 teria uma tensão admissível de 4,0 Kg/cm/², e outro com SPT 15, teria uma tensão admissível de 3,0 Kg/cm/².




Exemplos de Boletim de Sondagem



Boletins de Sondagem

De

form

ação

(m

m)

Carga (tf)

PROVA DE CARGA

Estaca Pré Moldada de Concreto - 30 x 30 cm²

Carga de Trabalho - 60 tf

Comprimento da Cravação - 7,90 m

S O N D A G E M

AMOSTRADOR - øe = 2" AMOSTRADOR - øi = 1 3/8”

MARTELO - 65 kg QUEDA - 75 cm

SPT

COTAS

m

0

2

2

2

2

2

2

3

22

27

38

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

2.00

Areia fina e média, argilosa, com pedregulhos, fofa, cinza.

Areia fina e média, argilosa, com pedregulhos, fofa, cinza

e amarela.

Argila arenosa, com pedregulhos, dura, cinza, vermelha

e amarela, variegada.

Argila arenosa, com pedregulhos, dura, cinza.

100.18

90.00

95.00

100.00

3.00

6.80

8.00

10.55

(09

.01

.02

)

(*)

36

Estaca Pré Moldada

N.A

SPT

COTAS

m

0

4

2

/2 45

2

3

2

/2 45

6

14

25

14

12

8

/45 14

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

3.42

PISO DE CONCRETO.

Areia fina e média, siltosa, com pedregulhos e restos de alvenaria, vermelha. (ATERRO)

Areia fina e média, siltosa, fofa, vermelha.

Areia fina e média, siltosa, fofa, cinza.

Areia fina e média, argilosa, pouco compacta, cinza e amarela.

Argila arenosa, com pedregulhos e concreções, rija e dura,cinza, vermelha e amarela, variegada.

Argila arenosa, com pedregulhos, rija, cinza, vermelha e amarela, variegada.

Argila arenosa, com pedregulhos e concreções, média e cinza, vermelha e amarela, variegada.

99.932

90.000

95.000

0.20

1.50

7.00

8.00

10.00

11.00

13.69

0,05

(*)

(25.

06.0

1)

N.A

Estaca Franki

Def

orm

ação

(mm

)

Carga (tf)

PROVA DE CARGA

Estaca Franki - 600 mm



S O N D A G E M


MARTELO - 65 kg QUEDA - 75 cmBoletins de Sondagem

Carga (tf)

PROVA DE CARGA

Estaca Raiz - 350 mm


Comprimento da Estaca - 7 m

S O N D A G E M



Def

orm

ação

(m

m)

SPT

COTAS

m

0,00

6

16

21

27

15

15

12

42

/20 2

28

40

32

43

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

2.53

Areia fina e média, pouco siltosa, com resto de alvenaria,

pouco compacta, cinza. (ATERRO)

Areia fina, pouco siltosa, pouco compacta a compacta,

cinza.

Areia fina e média, pouco siltosa, medianamente compac-

ta e compacta, cinza.

Argila arenosa, com pedregulhos, rija e dura, cinza, verme-

lha e amarela, variegada.

-0.56

-10.00

-5.00

0.50

3.00

4.80

12.45

(01.

12.0

1)

N.AEstaca Raiz


De

form

ação

(m

m)

Carga (tf)

PROVA DE CARGA

Estaca Metálica - 2TR-68



S O N D A G E M



SPT

COTASS P T PROF.

0

m

10 20 300 40

RECUPERAÇÃO

25

%

50 75

N°

DE

PEÇAS

8

7

8

8

6

58

/45 8

14

16

/45 15

37

15

/45 8

40

11.47

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

14% -

30% 13

48% 11

14% 1

0%

RO

TA

TIV

A

BX

PE

RC

US

SÃ

O

Areia fina e média, siltosa, pouco compacta, verme-

lha.

Areia fina e média, pouco argilosa, com pedregulhos,

pouco compacta, cinza, vermelha e amarela, varie-

gada.

Areia fina e média, muito siltosa, com pedregulhos,

medianamente compacta a muito compacta, cinza,

vermelha e amarela, variegada.

Areia fina e média, muito siltosa, com pedregulhos,

medianamente compacta a muito compacta, cnza

clara.

Arenito, muito alterado, laterizado, consolidado, ex-

tremamente fraturado.

Areia fina e média, pouco argilosa, com pedregulhos

e concreções, compacta, cinza clara.

Arenito, medianamente alterado, consolidado, extre-

mamente fraturado.

Arenito, totalmente alterado, laterizado, muito fratura-

do.

40% 20

27% 4

13% 3

93.77

75.00

80.00

85.00

90.00

(04

.10

.02

)

3.00

5.00

10.00

12.12

12.62

13.86

15.86

19.86

SPT

COM CONCREÇÕES

N.A

Estaca Metálica


Carga (tf)

PROVA DE CARGA

Estaca “Hélice Contínua” - 500 mm


Comprimento da Estaca - 16,08 m

S O N D A G E M



Defor

maçã

o (mm

)

SPT

COTAS

m0,00

PISO DE CONCRETO.

Areia fina e média, pouco siltosa, fofa, cinza. (ATERRO)

Areia fina e média, pouco siltosa, fofa e pouco compacta,

vermelha.

Areia fina e média, siltosa, medianamente compacta, cin-

za e amarela.

Areia fina e média, muito siltosa, com pedregulhos, fofa e

pouco compacta, cinza clara.

Areia fina e média, pouco argilosa, com pedregulhos, fofa

e pouco compacta, cinza e amarela.

Areia fina e média, siltosa, com pedregulhos, fofa e pouco

compacta, cinza.

Areia fina e média, argilosa, com pedregulhos e concreções,

compacta, cinza, vermelha e amarela, variegada.

Areia fina e média, argilosa, com pedregulhos, muito com-

pacta, cinza e amarela.

2

2

2

5

7

8

8

14

14

12

7

4

5

7

/4 45

/2 45

3

6

29

60

65

54

99.48

80.00

85.00

90.00

95.00

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

8.94

0.10

1.00

7.00

10.00

12.00

15.00

18.00

19.00

21.45

N.A

(15.

05.0

2)

COM LENTES DE ARGILA

Estaca Hélice Contínua


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CPT – Cone Penetration Test

- Cone mecânico e dados obtidos por

cartão digital acoplável ao notebook;

- Cravação estática lenta do cone: dados

a cada 20 cm (penetrômetro hidráulico);

- Contrapeso de várias toneladas:

ancoragem do equipamento.

- Vantagens: vários parâmetros e

equipamento sofisticado.

- Desvantagens: alto custo

(equipamentos importados e mão-de-obra

especializada) e necessidade de fácil

acesso aos locais.


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DPL - Dynamic Probe Light

- Penetrômetro Dinâmico Leve ou DPL

NILSSON: portátil, caracteriza a estratigrafia do

solo, nível de água e resistência do solo (estudos

geotécnicos e dimensionamentos de fundações);

- Para qualquer tipo de terreno, fácil de

mobilizar e operar;

- Velocidade de cravação de 60m por dia e

cravação de até 12m;

- Indicado para solos moles.


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Ensaio de palheta ou Vane Test

- Melhor equipamento para resistência ao cisalhamento no campo e

ensaio de taludes;

- Forma automatizada, motor elétrico e coleta computadorizada dos

dados no campo;

- Vantagens: Fácil mobilização, cravada por CPT ou DPL NILSSON;

- Desvantagens: muitas falhas nos equipamentos manuais e alto custo

no equipamento automático (maior segurança).


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Dilatômetro - DMT

- Forma de pequena cortadeira cravada no solo;

- Nível desejável: expansão de membrana. por pressão de gás;

- Mede-se a pressão por manômetro e o DMT mede a deflexão;

- Fornecimento de parâmetros de deformação;

- Exclusividade: fornece o K0 (cálculo do empuxo horizontal).


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8 SONDAGENS ROTATIVAS E MISTAS

- Obras de porte grande, mineradoras, petrolíferas, etc.

- Avança em solos alterados e rocha.

- Denominação: sondagem mista - junto com SPT.

- Ensaio importante e eficaz: exploração de subsuperfície - extração de

amostras das rochas de grandes profundidades.

- Determinação dos tipos de rochas, de seus contatos e dos elementos

estruturais presentes (xistosidade, falhas, fraturas, dobras, etc.).

- Importante: determinar o estado da rocha, grau de fraturamento e de

alteração ou decomposição.

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- Grau de fraturamento: número de fraturas por metro linear em sondagens

ou mesmo em paredes de escavação ao longo de uma dada direção. É

qualquer descontinuidade do maciço rochoso.

Estado da rocha Número de fraturas por metro

Ocasionalmente fraturada 1

Pouco fraturada 1 – 5

Medianamente fraturada 6 – 10

Muito fraturada 11 – 20

Extremamente fraturada 20

Em fragmentos Torrões ou pedaços de diversos

tamanhos caoticamente dispostos

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Outros equipamentos de sondagem

- Fornecer informações da camada superficial: não interessa a

geotecnia.

- Penetrógrafo: resistência da camada superficial do solo até 80

cm de profundidade. Usado na agricultura para medir a resistência do

solo a ser penetrado por raízes.

- Penetrômetro: se assemelha ao penetrógrafo e trabalha na

mesma faixa. Equipado com manômetro para facilitar a leitura.

.

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