Investigações Geotécnicas

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1 Investigações Geotécnicas

2 Bibliografia. NBR 6484 – Sondagem de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio; NBR Programação de Sondagem Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios; NBR 7250-Identificação e descrição de amostras de solos obtidos em sondagens de simples reconhecimento dos solos –Procedimentos; Especificações Técnicas DNER –ET-DE-B sp.gov.br Curso Básico de Mecânica dos Solos – Prof. Carlos de Sousa Pinto Apostila do Curso de Fundamentos da Mecânica dos solos – PUC Vargas, M; - Introdução a Mecânica dos Solos

3 PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA (Pesquisa,sondagem)
Define-se como o conjunto de operações que visam a determinação da natureza e características do terreno, sua disposição e acidentes com interesse para a obra/projeto a realizar.

4 A PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA VISA A:
Determinação da extensão, profundidade e espessura das camadas do subsolo até à profundidade desejada. Descrição do solo de cada camada, compacidade ou consistência, cor e outras características perceptíveis. Determinação da profundidade do nível freático. Determinação da profundidade a que se encontra a rocha mãe (bedrock), sua classificação e grau de alteração. Obtenção das propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas dos maciços e dos respectivos parâmetros (resistência, deformabilidade, permeabilidade, …)

5 PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA
Serve de base às diversas fases do projeto geológico – geotécnico: Estudo prévio ou de viabilidade Ante-projeto Projeto Construção Acompanhamento Com particular relevância para as três primeiras fases.

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7 MÉTODOS DE PROSPECÇÃO (pesquisa,sondagem)
Diretos  Permite a observação direta do subsolo ou através de amostras coletadas ao longo de uma perfuração ou a medição da propriedade in situ. Podem ser Manuais ou Mecânicos. Manuais – Poços, Trincheiras e Trados manuais. Mecânicos – Sondagem a percussão com circulação de água (SPT) com medida de torque - Sondagens Rotativas - Sondagens Mistas - Sondagens especiais com extração de amostras indeformadas

8 Semi-diretos - Ensaio de palheta “ Vane-test”
MÉTODOS DE PROSPECÇÃO Semi-diretos - Ensaio de palheta “ Vane-test” Ensaio de penetração dinâmica “diep sondering” (CPT) Ensaio Pressiométrico Indiretos Geofísicos - As propriedades geotécnicas dos solos são estimadas indiretamente pela observação a distância ou pela medida de outra grandeza do solo Sísmico Gravimétricos Magnéticos Elétricos

9 Sondagem de Simples Reconhecimento
O SPT (Standard Penetration Test) é originário do Estados Unidos, e é o mais difundido método de prospecção geotécnica do Brasil. Padronização internacional. No Brasil é regulamentado pela ABNT Norma NBR 6484. A perfuração inicia-se com uso do trado tipo cavadeira, diâmetro de 10 cm. Repetidas operações aprofundam o furo. Amostragem é feita a cada metro de perfuração, ou sempre que houver mudança de mudança de material (solo) .

10 Principais vantagens desse método:
Custo relativamente baixo; Facilidade de execução e possibilidade a locais de difícil acesso; Possibilita a coleta de amostras, à diversas profundidades o que permite o conhecimento da estratigrafia do terreno; Fornece indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos investigados; Determinação da profundidade do N.A.

11 Exploração por perfuração e amostragem do solo;
Finalidade do Ensaio Exploração por perfuração e amostragem do solo; Identificação das camadas do terreno; É determinado um índice que permite que se estime a resistência dos solos. Nspt Determinação da profundidade do N.A..

12 NSPT Números de golpes do martelo necessários para cravar 30 cm do amostrador, após os primeiros 15 cm. A resistência a penetração é também referida como N do SPT ou, simplesmente, como SPT do Solo, as iniciais de Standart Penetration Test.

13 O equipamento padrão: Peças principais: - Tripé equipado com sarilho, roldana e cabo de aço ou corda de sisal. - Tubos de revestimento em aço, com diâmetro interno mínimo de 66,5 mm; - Haste de aço para avanço com 1m, 2m e 3m de comprimento. - Martelo de 65 kg para cravação das haste de perfuração e dos tubos de revestimento, é uma massa de ferro de forma prismática ou cilíndrica; Amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8 mm e interno 34,9 mm. É constituído por 3 partes: cabeça, corpo e sapata ou bico. O corpo do amostrador é bipartido, a cabeça tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém interiormente uma válvula de bola; - Bomba de água motorizada para circulação de água no avanço da perfuração - Trépano ou peça de lavagem (peça de aço terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para a água); - Trado concha com 100 mm de diâmetro e trado helicoidal de diâmetro mínimo de 56 mm e máximo de 62 mm.

14 Tipo de trados

15 Equipamento Padrão –Sondagem SPT

16 Equipamento Padrão –Sondagem SPT

17 Descrição da técnica de execução da sondagem
a) Perfuração A perfuração é iniciada com o trado concha (TC) até a profundidade de 1 (um) metro, instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento. Nas operações subsequentes de perfuração utiliza-se o trado helicoidal (TH), até que se torne inoperante ou até encontrar o nível de água . Passa-se então ao processo de perfuração por circulação de água (LV) no qual, usando-se o trépano de lavagem como ferramenta de escavação, a remoção do material escavado se faz por meio de circulação de água, efetuada pela moto bomba. Durante as operações de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável procede-se a descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário, alternadamente com a operação de perfuração. O tubo de revestimento deve ficar no mínimo a 50 cm do fundo do furo, quando da operação de amostragem.

18  Etapas na execução de sondagem a percussão: (a) avanço da sondagem por desagregação e lavagem e (b) ensaio e penetração dinâmica 

19 Sondagem SPT

20 Descrição da técnica de execução da sondagem
a) Perfuração (continuação) Durante a operação de perfuração são anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame táctil-visual e pela mudança de coloração dos materiais trazidos à boca do furo pelo trado espiral ou pela água de lavagem.

21 Ensaio de Penetração Dinâmica
O amostrador padrão conectado à extremidade da haste de perfuração, é descido no interior do furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfuração. A seguir, a cabeça de bater é colocada no topo da haste, o martelo apoiado suavemente sobre a cabeça de bater e anotada a eventual penetração do amostrador no solo. Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referência, marca-se na haste de perfuração, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm. Para efetuar a cravação do amostrador padrão, o martelo (que possui 65 kg) deve ser erguido até a altura de 75 cm, marcada na haste-guia, por meio de corda flexível que se encaixa com folga no sulco da roldana. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm no procedimento descrito, inicia-se a cravação do barrilete por meio de impactos sucessivos do martelo, até a cravação de 45 cm do amostrador. Devem ser anotados, separadamente, os números de golpes necessários à cravação de cada 15 cm do amostrador.

22 Amostragem Será coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado concha durante a perfuração até um metro de profundidade. Posteriormente, a cada metro de perfuração, a contar de um metro de profundidade, são colhidas amostras dos solos por meio do amostrador padrão. Obtêm-se amostras cilíndricas, adequadas para a classificação porém evidentemente comprimidas. Este processo de extração de amostras oferece, entretanto, a vantagem de possibilitar a medida da consistência ou compacidade do solo por meio de sua resistência à penetração no terreno. Deverá ser coletado, no mínimo, um cilindro de amostra do bico do amostrador padrão, ou quando necessário coleta-se do corpo do amostrador. Os recipientes das amostras devem ser providos de uma etiqueta, na qual, escrito com tinta indelével, devem constar: - designação ou número do trabalho - local da obra - número da sondagem Ex.: SPT-01 - profundidade da amostra - número de golpes do ensaio de penetração.

23 Amostrador tipo Raymond de 50,8mm

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25 Resultado SPT – Standard Penetration Test
Após o posicionamento do amostrador-padrão conectado á composição de cravação, coloca-se a cabeça de bater e utilizando-se o tubo de revestimento como referência, marca-se na haste, com giz, um segmento de 45cm dividido em três trechos iguais de 45cm. Em seguida, o martelo deve ser apoiado suavemente sobre a cabeça de bater, anotando eventual penetração do amostrador no solo. Exemplo: 0/65

26 Resultado SPT – Standard Penetration Test
Quando a cravação atingir 45 cm, o índice de resistência a penetração N é expresso como a soma do número de golpes requeridos para a segunda e a terceira etapas de penetração de 15cm, adotando-se os números obtidos nestas etapas mesmo quando a panetração não tiver sido de exatos 15cm. Quando, com a aplicação do primeiro golpe do martelo, a penetração for superior a 45 cm, o resultado da cravação do amostrador deve ser expresso pela relação deste golpe com a respectiva penetração. Exemplo: 1/58.

27 Resultado SPT – Standard Penetration Test
Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrando-se o comprimento penetrado Ex.: 3 golpes para a penetração de 17 cm. A seguir, conta-se o número adicional de golpes até a penetração total ultrapassar 30 cm e em seguida o número de golpes adicionais para a cravação atingir 45 cm ou, com o último golpe, ultrapassar esta valor. Exemplo: 3/17-4/14-5/15

28 Considerações sobre o lençol freático
Atingido o N.A, registra-se a cota e interrompe-se a operação até estabilização do NA. Passa-se observa a elevação do NA dentro do tubo, efetuando-se leituras a cada 5 minutos durante 30 minutos. Caso o NA se eleve no tubo de revestimento é indicação de que água estava sob pressão. A diferença entre o NA encontrado e a cota do NA elevado indica a pressão a que está submetido o lençol freático. Alguma vezes, Ocorre de mais de um lençol freático. São lençóis suspensos (empoleirados) em camadas argilosas. Cada um desses lençóis deve ser detectado e registrado. Níveis d´água sob pressão são bastante comum, principalmente em camadas de areias recobertas por argilas que são menos permeáveis.

29 Aqüíferos livres são aqueles cujo topo é demarcado pelo nível freático, estando em contato com a atmosfera. Normalmente ocorrem com pouca profundidade. Aqüíferos suspensos trata-se de um falso lençol criado pela existência de um estrato impermeável, normalmente com concavidade voltada para superfície, que capta as águas de infiltração e as armazena, dando a ideia de ser um lençol freático típico. Aqüíferos confinados são acumulações de água em estrato permeável e poroso que ocorrem entre dois estratos impermeáveis. As camadas permeáveis são aqüíferos. Quando um aqüífero se encontra entre duas camadas impermeáveis diz-se estar confinado. . Aqüíferos confinados podem, em determinadas situações originar o fenômeno de artesianismo ou poços jorrantes (artesianos).

30 Exemplos de lençóis suspensos:

31 Exemplo lençol artesiano.

32 Paralização da Sondagem
processo de perfuração por circulação de água, associado aos ensaios de penetração, deve ser utilizado até onde se obtiver, nesses ensaios, uma das seguintes condições: a) em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador-padrão; b) em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador-padrão; c) em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45 cm do amostrador-padrão. Havendo necessidade técnica de continuar a investigação do subsolo em profundidades superiores, o processo de perfuração deve ser prosseguido pelo método rotativo, quando indicado pelo projeto ou solicitado pela fiscalização. Dependendo do tipo de obra, das cargas a serem transmitidas às fundações e da natureza do subsolo, admite-se a paralisação da sondagem em solos de menor resistência à penetração do que aquela discriminada acima, desde que haja uma justificativa geotécnica ou solicitação do cliente

33 deslocamento da Sondagem
Quando não se observar avanço do amostrador durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo, a sondagem deve ser deslocada no mínimo duas vezes para posições diametralmente opostas, a 2m da sondagem inicial (ABNT 6484)

34 Boletim de campo Nas folhas de anotações de campo devem ser registrados: - nome da obra e interessado - identificação e localização do furo - diâmetro de sondagem - data de execução - descrição e profundidade das amostras coletadas - medidas de nível de água com data, hora e profundidade do furo por ocasião da medida - ferramenta utilizada na perfuração e respectiva profundidade .

35 Boletim de sondagem - Campo

36 Apresentação dos Resultados
Os resultados das sondagens devem ser apresentados em desenhos contendo o perfil individual de cada sondagem e seções do subsolo. Os resultados são apresentados em perfis do subsolo, que traz as descrições de cada solo encontrado, as cotas correspondentes a cada camada, posição do NA, a data que foi determinado o NA e os valores de resistência á penetração de todo amostrador, registra-se o SPT em forma de fração ( 30/14, indicando que para 30 golpes houve penetração de 14cm) Sondagens feita com proximidade permitem o traçado de seções do subsolo, em que se ligam as cotas de materiais semelhantes na hipótese de que as camadas sejam continuas.

37 Apresentação dos Resultados
A identificação e a classificação das amostras deverá ser feita segundo a ABNT-NBR 7250/60. A identificação será feita com testes visuais e tácteis procurando definir: características granulométricas, de plasticidade, presença acentuada de mica, origem orgânica ou marinha. O nome dado ao solo deverá conter no máximo três frações, ex.: argila silto-arenosa. Define-se também cores predominantes e, que sugere ainda as cores: branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, podendo -se usar o claro e escuro, para um máximo de duas cores, e o termo variegado quando não houver duas cores predominantes.

38 Apresentação dos Resultados
Ainda que o exame táctil-visual da amostra forneça uma indicação da compacidade e consistência do solo, a informação considerada como o estado do solo é a obtida através da resistência ao avanço a penetração do amostrador. Em função da resistência à penetração, o estado do solo é classificado pela compacidade quando areia ou silte arenoso, ou pela consistência, quando argila ou silte-argiloso.

39 Compacidade das areias em função do SPT NBR 7250 da ABNT
Resistência à penetração ( N do SPT) Compacidade da areia 0 a muito fofa 5 a fofa 9 a compacidade média 18 a compacta Acima de muito compacta

40 Consistência das argilas em função do SPT NBR 7250 da ABNT
Resistência a penetração Consistência das argilas <2 muito mole 3 e mole 6 a 10 consistência média 11 a Rija > dura

41 Perfil de Sondagem

42 Convenção Gráfica Convenções gráficas utilizadas no Boletim de sondagem – NBR 6502/80

43 Seção

44 NBR 8036 – Item : Uma para cada 200 m2 de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m2 de área; Entre 1200 m2 e 2400 m2 deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m2 que excederem de 1200 m2 Acima de 2400 m2 o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o plano particular da construção.

45 Programação das sondagens
Quantidade de furos - Edifícios, pontes, barragens, portos priorizar posições relevantes na obra : pontos de maior carga – escadas, elevadores, reservatórios, etc.; devem ser mais profundas. Estradas, canais, galerias: mais distanciados, mais rasos. Distância máxima de 100m. - Distância entre sondagens: de 15 a 20 m (V. MELLO)..

46 Localização dos furos de sondagem
Na fase de planejamento da obra as sondagens devem ser distribuídas em toda a área da edificação. Na fase de projeto executivo podem-se localizar as sondagens, de acordo com critérios específicos que definam pormenores estruturais. b) Quando o número de sondagens for superior a três, elas não devem seres distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento; c) Para fundações, as sondagens devem ser feitas tanto mais próximo quanto possível das mesmas. Nos casos em que não houver ainda disposição em planta dos edifícios, como nos estudos de viabilidade ou de escolha de local, o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um mínimo de três sondagens.

47 Programação das sondagens – NBR 8036

48 Profundidade Segundo o Prof. V. MELLO, existem 3 considerações principais que governam a profundidade das sondagens: a) profundidade na qual o solo é significativamente solicitado pelas tensões devidas à construção, dependendo da intensidade da carga aplicada por ela e do tamanho e forma da área carregada. b) profundidade na qual o processo de alteração afeta o solo. É o caso da erosão do solo pela corrente de um rio, junto à fundação de uma ponte ou de um edifício junto ao mar. c) profundidade para alcançar estratos impermeáveis. É o caso de barragens.

49 Profundidade x Fundações 8036/1983

50 NBR 8036 a profundidade (z) a ser atingida na sondagem
Pela NBR 8036 a profundidade (z) a ser atingida na sondagem (que para fundações rasas é contada da superfície do terreno e para fundações por estacas ou tubulões será contada a partir da metade do comprimento estimado para os mesmos) é dada por: z = c ´ B Onde, B = largura do retângulo de menor área que circunscreve a planta de edificação e c = coeficiente,função da taxa média sobre o terreno (peso da obra dividido pela área da construção). Pode-se tomar o valor 12 kPa por andar para edifícios normais com estrutura Taxa média (kPa) Coeficiente c A mesma norma ainda recomenda no minimo z >= 8 m. Apenas como referencia, uma profundidade usual é da ordem de 10 a 20 m para obras médias e subsolo em condições normais.

51 Pela NBR 8036 a profundidade (z) a ser atingida na sondagem (que para fundações rasas é contada da
superfície do terreno e para fundações por estacas ou tubulões será contada a partir da metade do comprimento estimado para os mesmos) é dada por: z = c ´ B; onde B = largura do retângulo de menor área que circunscreve a planta de edificação e c = coeficiente, função da taxa média sobre o terreno (peso da obra dividido pela área da construção). Pode-se tomar o valor 12 kPa por andar para edifícios normais com estrutura de concreto armado.

52 Fatores que influem no valor de N
O estado de conservação do barrilete amostrador e das hastes; uso de hastes de diferentes pesos. A maneira com que são contados os golpes (desde o início da cravação do amostrador ou após certa penetração); Variação na energia de cravação. A calibração do peso de bater e a sua altura de queda, além da natureza da superfície do impacto (ferro sobre ferro, ou adoção de uma superfície amortecedora - coxim de madeira). Não é lícito variar o peso e a altura de queda mantendo a mesma energia por golpe. O uso de martelo automático e hastes AW (no lugar de tubos Schedule 80), mais rígidas, conduz a resultados mais confiáveis. Má limpeza do furo ou não alargado suficientemente, para a livre passagem do amostrador. Emprego de técnica de avanço por circulação de água acima do NA.

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61 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO SOLO (TAXA DO SOLO)
FUNDAÇÕES RASAS (SATAPAS) Realização de prova de carga Formulas teóricas (Terzaghi, Skempton) Ensaios de laboratório Com base no valor médio do SPT (na profundidade de ordem de grandeza igual a duas vezes a largura estimada para a fundação, contanto a partir da corta de apoio), pode-se obter a tensão admissível por:

62 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO SOLO (TAXA DO SOLO)
FUNDAÇÕES PROFUNDAS (TUBULÕES) Formulas teóricas (Terzaghi,Skempton) Ensaios de laboratório Com base no valor médio do SPT (na profundidade de ordem de grandeza igual a duas vezes o diâmetro da base, a partir da corta de apoio da mesma), pode-se obter a tensão admissível por: 3  Areia 4  Silte 5  Argilas

63 Sondagem Rotativa 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. sondagem rotativa será empregada sempre que se torne impossível prosseguir com a sondagem a percussão, nos casos previsto na NBR-6484/80 ou quando for atingida uma camada de rocha dura, mas sempre com a concordância da fiscalização do estudo. Deverão ser perfurados 5,00m de rocha, quando então o furo será dado como concluído.

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65 Sondagens mistas  A sondagem mista nada mais é que uma combinação da sondagem à percussão com a sondagem rotativa. Avança-se com a sondagem tipo SPT até onde é possível e, a partir deste ponto, com a sondagem rotativa. Este tipo de sondagem é usada quando devemos atravessar camadas com blocos de rocha ou aterros de entulho ou quando se deseja conhecer as propriedades do material resistente e impenetrável à percussão. Sua execução é recomendada em: - Terrenos com presença de blocos de rocha e matacões. - Área de tálus. - Área de concreções lateríticas. - Área de rejeito de pedreiras. - Área de bota fora, etc.

66 Exercícios 1) Cite 5 dos principais componentes ou peças de um equipamento de sondagem à percussão SPT. 2) Quais são as 2 etapas básicas de uma sondagem a percussão SPT ? 3) Como se obtém o índice de resistência SPT (cuja notação é N STP ), segundo a norma da ABNT ? 4) Cite 4 informações sobre o subsolo prospectado que um relatório final de sondagem SPT deve conter. 5) A partir de um relatório de sondagem SPT, como você pode estimar a cota de fundação ? 6) Quais os critérios de paralização de uma sondagem a percussão SPT ? (Cite pelo menos 2 critérios). 7) Em um terreno com 20 x 60 m vai ser construído um prédio cuja projeção em planta é de 15 m × 40 m, com 12 pavimentos, cada pavimento com 3m de pé direito. Determine: a) o número de furos de sondagem b) a disposição e profundidade dos furos.