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1 ANÁLISE DE SOLOS PARA FUNDAÇÕES 1 SUMÁRIO NOSSA HISTÓRIA ................................................................................................................... 2 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 3 1.1 Mecânica dos Solos ............................................................................. 4 2. SOLO NA ENGENHARIA ................................................................................................... 5 2.1 Tamanho e Forma das Partículas ........................................................ 6 2.2 Identificação Tátil-Visual Dos Solos ..................................................... 7 3. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO .........................................................................................10 3.1 Prospecção por Processos Diretos .................................................... 11 3.1.1 Poços e Trincheiras ............................................................................................11 3.1.2 Sondagem a Trado .............................................................................................13 3.1.3 SPT – Standard Penetration Test ........................................................................14 3.2 Prospecção por Processos Semidiretos ............................................. 19 3.2.1 Vane Test ..........................................................................................................19 3.2.2 Cone de Penetração Estática .............................................................................19 3.3 Prospecção por Processos Indiretos .................................................. 20 3.3.1 Resistividade Elétrica .........................................................................................20 3.3.2 Sísmica de Refração ...........................................................................................21 4. PROBLEMAS EM FUNDAÇÕES ........................................................................................22 4.1 Termos e Definições ........................................................................... 23 4.2 Ausência de investigação do Subsolo ................................................ 25 4.3 Investigação Insuficiente .................................................................... 26 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................30 2 NOSSA HISTÓRIA A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de empresários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos de Graduação e Pós-Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como entidade oferecendo serviços educacionais em nível superior. A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a participação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua formação contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, científicos e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber através do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 3 1. INTRODUÇÃO Segundo Milititsky et al. (2008), uma fundação é resultado da necessidade de transmissão de cargas ao solo pela construção de uma estrutura. Seu comportamento a longo prazo pode ser afetado por inúmeros fatores: Decorrentes do projeto - Envolve o conhecimento do solo; Procedimentos construtivos; Efeitos de acontecimentos pós-implantação - Inclui uma possível degradação. O custo usual de uma fundação é variável, uma vez que depende das cargas e condições do subsolo. Em casos correntes situa-se na faixa de 3 a 6% do custo da obra. Em casos especiais, dependendo do tipo de estrutura a ser suportada, das solicitações correspondentes e condições adversas de subsolo, pode atingir porcentagens superiores, de 10 a 15% do custo global. Considerando que a fundação é um elemento de transição entre a estrutura e o solo, seu comportamento está intimamente ligado ao que acontece com o sono quando submetido a carregamento através dos elementos estruturais das fundações. Uma fundação adequada é aquela que apresenta conveniente fator de segurança compatíveis com o funcionamento do elemento suportado à: Ruptura - Da estrutura que a compõe e do solo afetado pela transmissão das cargas; Recalques - Deslocamentos verticais do terreno. Pode-se afirmar que todas as fundações sob carga apresentam recalques, pois os solos são materiais deformáveis que, ao serem carregados, apresentam variações de volume, provocando deslocamentos das fundações. A palavra solo é originada do latim solum que significa superfície do chão. Os solos são formados pela decomposição das rochas e sua evolução depende do clima, da rocha de origem, do relevo, do tempo e até mesmo dos microorganismos. Os processos de alteração podem atuar sucessivamente sobre um mesmo solo e é comum classifica-los pelo último processo ocorrido. A elaboração de projetos geotécnicos e de fundações exige um conhecimento adequado dos solos. É necessário proceder-se à identificação e à classificação das diversas camadas componentes do substrato a ser analisado, assim como, à avaliação das suas propriedades de engenharia. 4 1.1 Mecânica dos Solos Bueno e Vilar (1979) define que a Mecânica dos Solos foi estabelecida com o propósito de estudar o comportamento dos solos, segundo formulações teóricas de embasamento científico. A partir de bases físicas, modelos reológicos e observações de campo, procurou-se elaborar teorias explicativas desse comportamento. No estudo do comportamento dos solos, duas linhas de conduta têm sido utilizadas. A primeira preocupasse com as propriedades físico-químicas, forças inter granulares, efeito dos fluidos intersticiais, para, a partir de tais fenômenos, explicar o comportamento dos solos. A segunda apoia-se na hipótese que considera o solo como um meio contínuo, cuja relação tensão-deformação fornece subsídios para previsão do comportamento do solo. Nos problemas geotécnicos de ordem prática, o engenheiro civil deve ter consciência das limitações das teorias utilizadas, e nunca esperar o valor exato nas grandezas obtidas, senão uma ordem de grandeza. Neste ponto, um recurso utilizado na mecânica dos solos, como em todas as ciências é consultar as soluções dadas a problemas análogos, como primeira referência à solução de um problema proposto. Este recurso dá ao engenheiro a liberdade de escolha de soluções que deverão ser adaptadas ao problema em estudo, pois nunca há repetição de condições anteriores. Os ensaios de campo e laboratórios serão, portanto, necessários para fornecer as reais propriedades dos solos e os dados exigidos nos cálculos de dimensionamento e verificação da solução adotada. O Quadro 1 apresenta uma relação dos principais problemas pertinentes ao campo da Mecânica dos Solos. Quadro 1 – Algumas aplicações da mecânica dos solos Fonte: Bueno e Vilar, 1979. 5 2. SOLO NA ENGENHARIA Segundo Bueno e Vilar (1979) o significado da palavra solo não é o mesmo para todas as ciências que estudam a natureza. Para fins de Engenharia Civil, admite- se que os solos são misturas naturais de um ou diversos minerais quepodem ser separados por processos mecânicos simples, tais como agitação em água ou manuseio. Solo é todo material que possa ser escavado, sem o emprego de técnicas especiais, como, por exemplo, explosivos. Esse material forma a fina camada superficial que recobre quase toda a crosta terrestre e no seu estado natural apresentasse composto de partículas sólidas (com diferentes formas e tamanhos), líquidas e gasosas. Figura 1 – Partículas que compõem o solo Fonte: Bueno e Vilar, 1979. Os solos normalmente são caracterizados pela sua fase sólida, enquanto as fases líquida e gasosa são consideradas conjuntamente como porosidade. Na análise de comportamento real de um solo, há necessidade de se levar em conta as porcentagens das fases componentes, bem como a distribuição dessas fases através da massa de solo. A norma de Projeto e execução de fundações - NBR 6122:2019, define e classifica os solos como: Colapsíveis: Solos que apresentam brusca redução de volume quando submetidos a acréscimos de umidade, sob a ação de carga externa. Compressíveis: Solos que apresentam deformações elevadas quando solicitados por sobrecargas pouco significativas ou mesmo por efeito de carregamento devido ao seu peso próprio. 6 Expansivos: Solos que, por sua composição mineralógica, aumentam de volume quando há acréscimo do teor de umidade. 2.1 Tamanho e Forma das Partículas Segundo Bueno e Vilar (1979), em termos qualitativos, o intemperismo físico, desintegração, é capaz de originar partículas de tamanhos até cerca de 0,001 mm e somente o intemperismo químico, decomposição, é capaz de originar partículas de diâmetro menores que 0,001 mm. Solos cuja maior porcentagem esteja constituída de partículas visíveis a olho nu (> 0,074 mm) são chamados de solos de grãos grossos ou solos granulados. As características e o comportamento desses solos ficam determinados, em última análise, pelo tamanho das partículas, uma vez que as forças gravitacionais prevalecem sobre as outras. Os solos de granulação grossa apresentam-se compostos de partículas normalmente equidimensionais, podendo ser esféricas (solos transportados) ou angulares (solos residuais). A forma característica dos solos de granulação fina (< 0,074 mm) é a lamelar, em que duas dimensões são incomparavelmente maiores que a terceira. Os solos de grãos grossos são subdivididos em pedregulhos e areias, e os de granulação fina em siltes e argilas. Gonçalves (2014) acrescenta que o tamanho das partículas é uma das características do solo. Cada solo é constituído por uma variedade de partículas com diferentes tamanhos, formas e composição mineralógica. A Tabela 1 apresenta as faixas de graduação para diferenciar as frações de solo. SAIBA MAIS! Lamelares: Possuem duas dimensões predominantes, típicas de solos argilosos. Esta forma das partículas das argilas responde por alguma de suas propriedades, como por exemplo, a compressibilidade e a plasticidade, esta última, uma das características mais importantes 7 Tabela 1 – Classificação granulométrica das frações dos solos FRAÇÃO LIMITES Pedregulho > 2 mm Areia Grossa 0,6 a 2,0 mm Areia Média 0,2 a 0,6 mm Areia Fina 0,06 a 0,2 mm Silte 0,002 a 0,06 mm Argila < 0,002 mm Fonte: Gonçalves, 2014. Pedregulhos: Os pedregulhos são acumulações incoerentes de fragmentos de rocha. Normalmente, são encontrados em grandes extensões, nas margens dos rios e em depressões preenchidas por materiais transportados pelos rios. Areias: Tem origem semelhante à dos pedregulhos, entretanto, as suas dimensões variam entre 2 mm e 0,06 mm. As areias são ásperas ao tacto, e, estando isentas de finos, não se contraem ao secar, não apresentam plasticidade e comprimem-se, quase instantaneamente, ao serem carregadas. Siltes: Os siltes são solos de granulação fina que apresentam pouca ou nenhuma plasticidade. Um torrão de silte seco ao ar pode ser desfeito com bastante facilidade. Argilas: São solos de granulação muito fina que apresentam características marcantes de plasticidade e elevada resistência, quando secas. Constituem a fração mais ativa dos solos. As argilas, quando secas e desagregadas, dão uma sensação de farinha, ao tacto, e, quando úmidas, são lisas. 2.2 Identificação Tátil-Visual Dos Solos Segundo Gonçalves (2014) a investigação preliminar em campo exige, muitas vezes, uma identificação dos solos sem os recursos de laboratório. A identificação tátil-visual é realizada com base na sensibilidade e experiência dos operadores. Colocando um punhado de solo na mão e esfregando-o entre os dedos pode-se identificar a areia por uma sensação de aspereza, ao contrário a argila é extremamente lisa (sobretudo quando umedecida). As argilas são plásticas, permitem ser moldadas, enquanto os siltes e as areias não. Fazendo-se bolinhas de solo e deixando-as secar, pode-se verificar a resistência à pressão dos dedos, nas argilas será elevada e nos solos arenosos e siltosos, baixa. 8 Para estimar a quantidade de areia pode-se dissolver o solo em um recipiente com água limpa. A areia irá para o fundo rapidamente e a argila demorará a se decantar. Figura 2 – Caracterização tátil-visual (Solo solto, friável, firme e extremamente firme) Fonte: Gonçalves, 2014. Segundo Bueno e Vilar (1979) como na natureza os solos normalmente são uma mistura de partículas dos mais variados tamanhos, busca-se determinar qual o tamanho que ocorre em maior quantidade, e depois as demais ocorrências. É usual também, na identificação de um solo, citar a sua cor, por exemplo, argila arenosa vermelha, silte argiloso pouco arenoso marrom, areia grossa com pedregulhos cinza, etc. Existem alguns testes rápidos que permitem, a partir das características apresentadas pelos solos, a sua identificação. Os testes mais comuns são: Sensação ao tato: Esfrega-se uma porção de solo na mão, buscando sentir a sua aspereza. As areias são bastante ásperas ao tacto, e as argilas dão uma sensação de farinha, quando seca ou de sabão, quando úmidas. Plasticidade: Tenta-se moldar pequenos cilindros de solo úmido e em seguida, busca-se deformá-los. As argilas são bastante moldáveis, enquanto as areias e, normalmente também os siltes não são moldáveis. Resistência do solo seco: Por causa das forças interpartículas que se desenvolvem nos solos finos, um torrão de solo argiloso apresenta elevada resistência, quando se tenta desagregá-los com os dedos. Os siltes apresentam alguma resistência, enquanto as areias, quando puras, nem formam torrões. Mobilidade da água intersticial: Consiste em se colocar na palma da mão uma porção de solo úmido. Fazendo-se bater essa mão fechada, com o solo dentro, contra outra, verifica-se o aparecimento da água na superfície do solo. Nos solos arenosos, graças à sua alta permeabilidade, a água aparece rapidamente na superfície. Ao abrir a mão, a superfície brilhante desaparece nesses solos arenosos, e eles frequentemente trincam. Nos solos argilosos, a 9 superfície brilhante permanece pôr bastante tempo e não ocorrem fissuras, quando se abre a mão. Dispersão em água: Coloca-se uma amostra de solo seco e desagregado numa proveta (100 ml) e, em seguida, água. Agita-se a mistura e verifica-se o tempo para deposição das partículas. As areias depositam-se rapidamente, enquanto as argilas tendem a turvar a suspensão e demoram bastante tempo para sedimentar. O Quadro 2 sintetiza os procedimentos comuns normalmente utilizados para identificar os solos: Quadro 2 – Identificação dos solos Fonte: Bueno e Vilar, 1979. 10 3. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO De acordo com Bueno e Vilar (1979), as obras civis só podem ser convenientemente projetadas, depois de um conhecimento adequado da naturezae da estrutura do terreno em que vão ser implantadas. Em obras nas quais os solos aparecem como material de construção, como é o caso de aterros e barragens, é necessário conhecer também as características geotécnicas dos solos dos empréstimos. As obras de maior porte e requinte de projeto exigem um melhor conhecimento dos solos envolvidos. A história da Engenharia Civil registra casos em que a inobservância de certos princípios de investigação ou mesmo a negligencia diante da obtenção de informações, acerca do subsolo tem conduzido a ruínas totais ou parciais e, neste caso, a prejuízos incalculáveis, não só de tempo como de recursos para a recuperação das obras. O engenheiro de solo deve ter uma consciência crítica acentuada das limitações e um conhecimento profundo dos instrumentos disponíveis para a prospecção geotécnica, de tal forma que possa, mediante informações, obtidas por seu intermédio, realizar os projetos dentro dos padrões de segurança e economia exigidos. As informações básicas que se busca num programa de exploração do subsolo são: A área em planta, profundidade e espessura de cada camada de solo identificado; A compacidade dos solos granulares e a consistência dos solos coesivos; A profundidade do topo da rocha e as suas características tais como: litologia, área em planta, profundidade e espessura de cada estrato rochoso; mergulho e direção camadas, espaçamento de juntas, planos de acabamento presença de falhas e ação do intemperismo ou estado de decomposição; A localização do nível d'água; A colheita de amostras indeformadas, que possibilitem identificar as propriedades mecânicas do solo: compressibilidade, permeabilidade e resistência ao cisalhamento. Segundo Gonçalves (2014) existem vários equipamentos para se fazer a prospecção geotécnica do subsolo. Os tipos de prospecção utilizados correntemente na Engenharia Civil se dividem em diretos, semidiretos e indiretos. 11 3.1 Prospecção por Processos Diretos Processos diretos acontecem quando há possibilidade de coletar e observar o subsolo executando-se perfurações. Nestas, pode-se fazer uma observação direta das camadas em furos de grandes diâmetros, ou uma análise por meio de amostras colhidas de furos de pequenas dimensões. Os métodos diretos de investigação permitem o reconhecimento do solo prospectado, mediante análise de amostras provenientes de furos executados no terreno. As amostras deformadas fornecem subsídios para um exame visual-táctil das camadas, e sobre elas podem-se executar ensaios de caracterização, como: Teor de umidade Limites de consistência Granulometria Há casos em que é necessário a coleta de amostras indeformadas, para obter- se informações seguras sobre o teor de umidade, resistência ao cisalhamento e compressibilidade dos solos. Pode-se obter, com os processos diretos, a delimitação entre as camadas do subsolo, a posição do nível do lençol freático e informações sobre a consistência das argilas e compacidade das areias. Nota-se então, que as principais características esperadas de um programa de prospecção são alcançadas com o uso destes processos. Há, em todos eles, a possibilidade de se obter uma visão pontual do subsolo. 3.1.1 Poços e Trincheiras Os poços são perfurações manuais de seção circular com o auxílio de pás e picaretas. Para que haja facilidade de escavação, o diâmetro mínimo deve ser da ordem de 60 cm. A profundidade atingida é limitada pela presença do nível d’água ou desmoronamento, quando então se faz necessário revestir o poço. Os poços permitem um exame visual das camadas do subsolo e de suas características de consistência e compacidade, por meio do perfil exposto em suas paredes. Permitem também a coleta de amostras indeformadas, em forma de blocos. As trincheiras são valas profundas de seção retangular, feitas mecanicamente com o auxílio de escavadeiras. Permitem um exame visual continuo do subsolo, segundo uma direção e, tal como nos poços, podem-se colher amostras indeformadas. 12 Figura 3 – Processo direto - Poços Fonte: Peixoto, 2018. Figura 4 - Coleta de amostras indeformadas Fonte: Moura, 2016 13 3.1.2 Sondagem a Trado A sondagem com o uso do trado é uma investigação simples, rápida e econômica. É um equipamento manual de perfuração é composto por hastes de aço, uma cruzeta para aplicar o torque e o trado propriamente dito, que pode ser de vários formatos. As informações obtidas são apenas do tipo de solo, espessura de camada e posição do lençol freático. As amostras colhidas são deformadas e situam-se acima do nível d’água. Por ser um processo geralmente manual (existem equipamentos mecânicos) e certos tipos de solos serem de perfuração difícil, o uso do equipamento tem suas limitações. É o caso de areias compactas, argila dura e pedregulho. A profundidade atingida e da ordem dos 10 m. É bastante usado em reconhecimento preliminar, principalmente de áreas de empréstimo. Figura 5 – Trados manuais Fonte: Gonçalves, 2014. 14 Figura 6 – Perfuração com trado manual Fonte: Peixoto, 2018. Figura 7 – Perfuração com trado mecanizado Fonte: Peixoto, 2018. 3.1.3 SPT – Standard Penetration Test Segundo Bueno e Vilar (1979) o método de sondagem, à percussão, é o mais empregado no Brasil, principalmente em prospecção do subsolo para fins de fundação. Dentre as vantagens que apresenta, podem-se enumerar: O baixo custo Simplicidade de execução 15 Possibilidade de colher amostras Determinação da posição do lençol freático Obtenção de informações de consistência e compacidade dos solos. A sondagem executada por meio de uma perfuração no terreno, acompanhada da extração de amostras, permite, em geral, a obtenção do perfil estratigráfico do subsolo. Gonçalves (2014) acrescenta que o SPT (Standard Penetration Test) é uma sondagem a percussão que pode ser realizada em locais de difícil acesso, permite a coleta de amostras, estimar a resistência da camada e o nível do lençol freático. O equipamento é simples, conforme ilustra a Figura 8, composto de tripé com sarrilho, roldana, cabo, hastes, trado, trépano, martelo (65kg), amostrador padrão e bomba d’água. Figura 8 – Equipamento SPT Fonte: Gonçalves, 2014. 16 A NBR 6484 (2001) - Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio define: SPT (Standard Penetration Test): Abreviatura do nome do ensaio pelo qual se determina o índice de resistência à penetração (N). 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 inicial de 15 cm, utilizando-se corda de sisal para levantamento do martelo padronizado. Aparelhagem padrão: o torre com roldana; o tubos de revestimento; o composição de perfuração ou cravação; o trado-concha ou cavadeira; o trado helicoidal; o trépano de lavagem; o amostrador-padrão; o cabeças de bateria; o martelo padronizado para a cravação do amostrador; o baldinho para esgotar o furo; o medidor de nível d’água; o metro de balcão; o recipientes para amostras; o bomba d’água centrífuga motorizada; o caixa d’água ou tambor com divisória interna para decantação; o ferramentas gerais necessárias à operação da aparelhagem. De acordo com Gonçalves (2014) o SPT tem duas etapas básicas, a perfuração e o ensaio, propriamente dito. Após a limpeza do terreno e locação do furo, a perfuração da sondagem é realizada com trado. Quando o avanço for impenetrável ao trado ou se atingir o nível d’água a sondagem é realizada por percussão. Crava-se o tubo de revestimento para evitar fechamento do furo. O solo éescavado pela percussão, queda e torção sucessiva, do trépano e os detritos formados são retirados por circulação de água. A sondagem termina ao atingir a profundidade desejada ou quando atingir a condição de impenetrável a percussão. O registro do nível d’água deve ser feito no dia seguinte ao ensaio para evitar a influência da circulação de água. 17 O ensaio é executado a cada metro e a partir de 1 metro de profundidade. Portanto, a perfuração é interrompida para execução do ensaio. O ensaio consiste em cravar o amostrador padrão por golpes do martelo (65kg) caindo a 75cm de altura. O amostrador é cravado 45 cm no solo, sendo anotado o número de golpes necessários para cravar cada 15cm do amostrador. O índice de resistência a penetração (NSPT) é o número de golpes necessários para cravar os últimos 30 cm do amostrador. O índice de resistência à penetração, ou número N, como é comumente chamado, indica o estado de compacidade e consistência dos solos. A Tabela 2 da NBR 6484 (2001) fornece a compacidade e a consistência dos solos, em função de N. Em solos muito moles a resistência pode ser tão baixa que não resista nem a um golpe. Neste caso, encosta-se o martelo na composição das hastes e anota-se até que profundidade a haste e o martelo penetram somente com o peso estático do conjunto. As amostras são coletadas a cada metro e caracterizadas. Figura 9 - Tabela dos estados de compacidade e de consistência Fonte: NBR 6484, 2001. 18 Figura 10 – Exemplo de resultado de sondagem SPT Fonte: Gonçalves, 2014. SAIBA MAIS! Assista ao vídeo: SONDAGEM - O que é e quais são os tipos? Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=1Lt64z7ZQQU 19 3.2 Prospecção por Processos Semidiretos Fornecem apenas características mecânicas dos solos prospectados. Os valores obtidos, por meio de correlações indiretas, possibilitam informações sobre a natureza dos solos. 3.2.1 Vane Test O Vane test ou ensaio de palheta foi originalmente desenvolvido por engenheiros escandinavos, para medir a resistência ao cisalhamento não drenada de argilas "in situ". O ensaio consiste na cravação de uma palheta e em medir o torque necessário para cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve ao redor da palheta, quando se aplica ao aparelho uma velocidade constante. 3.2.2 Cone de Penetração Estática O ensaio de penetração estática do cone foi desenvolvido na Holanda com o propósito de simular a cravação de estacas. O aparelho consta de um cone móvel, com um angulo no vértice de 60°, com área transversal de 10 cm². O cone é acionado por hastes metálicas. O esforço estático de cravação é transmitido por macacos hidráulicos, situados à superfície e ancorados no terreno. A Figura 11 mostra a forma esquemática de aplicação e medição das cargas e um corte transversal do cone. A resistência lateral é obtida pela diferença entre a resistência total, correspondente ao esforço estático necessário, para penetração do conjunto, numa extensão de aproximadamente 25 cm, e a resistência de ponta, quando se crava somente a ponta móvel do cone num comprimento de 4 cm, aproximadamente. 20 Figura 11 – Ensaio de penetração contínua Fonte: Bueno e Vilar (1979) 3.3 Prospecção por Processos Indiretos Quando as propriedades do solo são obtidas por estimativas. São processos de base geofísica. Não fornecem os tipos de solos prospectados, mas as correlações entre estes e suas resistividades elétricas ou suas velocidades de propagação de ondas sonoras . 3.3.1 Resistividade Elétrica Este processo fundamenta-se no princípio de que os diferentes materiais do subsolo possuem valores característicos de resistividade elétrica. Os dispositivos de medida na determinação da resistividade são constituídos de quatro eletrodos colocados na superfície do terreno. Os dois eletrodos externos, de corrente, são conectados a uma bateria e a um amperímetro. Os centrais, de potencial, são ligados a um voltímetro. A área abrangida pelo campo elétrico induzido é função do espaçamento entre os eletrodos. Quanto maior este espaçamento maior será a área e, consequentemente, maior será também a profundidade atingida. Portanto, o perfil estratigráfico de um subsolo pode ser obtido, variando-se o espaçamento L entre os eletrodos, continuamente, e registrando-se a resistividade elétrica. 21 Figura 12 – Processo Indireto - Resistividade elétrica Fonte: Bueno e Vilar (1979) 3.3.2 Sísmica de Refração Os processos de geofísica à base de sísmica de refração apoiam-se no princípio de que a velocidade de propagação de ondas sonoras em corpos elásticos é função, entre outros, do módulo de elasticidade do material, de seu coeficiente de Poisson e de sua massa especifica. Produzindo-se uma emissão sonora do terreno, por meio de explosivos ou pancadas, registra-se em geofones instalados, à superfície, o tempo gasto entre a explosão e o da chegada das ondas aos geofones. 22 4. PROBLEMAS EM FUNDAÇÕES Segundo Milititsky et al. (2008), a investigação do subsolo é a causa mais frequente de problemas em fundações. Na medida em que o solo é o meio que vai suportar as cargas, sua identificação e a caracterização de seu comportamento são essenciais à solução de qualquer problema. No Brasil, o programa preliminar é normalmente desenvolvido com base em ensaios de SPT. O programa complementar depende das condições geotécnicas e estruturais do projeto, podendo envolver tanto ensaios de campo (cone, piezocone, pressiômetro, palheta, sísmica superficial, etc) como de laboratório (adensamento, triaxiais, cisalhamento direto, entre outros). Assim, os solos de comportamentos especiais (colapsíveis, expansivos, em adensamento) podem ter sua ocorrência prevista ainda em fase preliminar, definindo os ensaios necessários à caracterização de seu comportamento e sua influência nas fundações. A ocorrência de patologias em obras civis decorrentes de problemas em fundações tem sido observada e reportada com frequência tanto na prática nacional como internacional. Alguns casos clássicos, como o da Torre de Pisa e o da Cidade do México, fizeram a fama de determinados monumentos e locais, tendo sido extensivamente estudados e apresentados em publicações de divulgação e técnicas. No Brasil, as edificações de Santos (São Paulo) merecem menção especial pelos desaprumos apresentados, e têm referências em inúmeras publicações especializadas. 23 Figura - 13 (A) Torre de Pisa, Itália; (B e C) Cidade de Santos, SP; (D) Litoral de Santa Catarina Fonte: Milititsky et al. (2008) 4.1 Termos e Definições A norma de Projeto e execução de fundações - NBR 6122:2019, apresenta alguns termos e definições, como: Carga de ruptura de uma fundação: Carga que, se aplicada à fundação, provoca perda do equilíbrio estático ou deslocamentos que comprometem sua segurança ou desempenho; corresponde à força resistente última (geotécnica) da fundação. Fundação profunda: Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, sendo sua ponta ou base apoiada em uma profundidade superior a oito vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões. 24 Fundação rasa (direta ou superficial): Elemento de fundação cuja base está assentada em profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação, recebendo aí as tensões distribuídas que equilibram a carga aplicada. Para esta definição adota-se a menor profundidade, caso esta não seja constante em todo o perímetro da fundação. Bloco: Elemento de fundaçãorasa de concreto ou outros materiais tais como alvenaria ou pedras, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo material, sem necessidade de armadura. Bloco de coroamento: Bloco estrutural que transfere a carga dos pilares para os elementos da fundação profunda. Estaca: Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja trabalho manual em profundidade. Os materiais empregados podem ser: o Madeira o Aço o Concreto pré-moldado o Concreto moldado in loco o Argamassa o Calda de cimento o Ou qualquer combinação dos anteriores Estaca de concreto moldada in loco: Estaca executada preenchendo-se, com concreto, argamassa ou calda de cimento, perfurações previamente executadas no terreno, podendo ser total ou parcialmente armada. Interação fundação-estrutura: Processos de análise estrutural que consideram conjuntamente as deformabilidades das fundações e da superestrutura. Atrito negativo: Atrito lateral que solicita estacas ou tubulões quando o recalque do solo adjacente é maior do que o recalque dos elementos de fundação. Esse fenômeno ocorre no caso de o solo estar em processo de adensamento, provocado pelo seu peso próprio, por sobrecargas lançadas na superfície, por rebaixamento do lençol freático, pelo amolgamento da camada mole compressível decorrente de execução de estaqueamento etc 25 4.2 Ausência de investigação do Subsolo De acordo com Milititsky et al. (2008) a ausência de investigação do subsolo é uma prática inaceitável típica de obras de pequeno porte, em geral por motivos econômicos, mas também presente em obras de porte médio. A normalização vigente e o bom senso devem nortear o tipo de programa de investigação, o número de mínimo de furos de sondagem e a profundidade de exploração. Em mais de 80% dos casos de mau desempenho de fundações de obras pequenas e médias, a ausência completa de investigação é o motivo da adoção de solução inadequada. O Quadro 3 resume estas ocorrências. Quadro 3 – Problemas típicos decorrentes de ausência de investigação para os diferentes tipos de fundações Tipo de Fundação Problemas Típicos Decorrentes Fundações Diretas Tensões de contato excessivas, incompatíveis com as reais características do solo, resultando em recalques inadmissíveis ou ruptura; Fundações em solos/aterros heterogêneos, provocando recalques diferenciais; Fundações sobre solos compressíveis sem estudos de recalques, resultando em grandes deformações; Fundações apoiadas em materiais de comportamento muito diferente, sem junta, ocasionando o aparecimento de recalques diferenciais; Fundações apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem análise de recalques, ocasionando a ruptura ou grandes deslocamentos da fundação. Fundações Profundas Estacas de tipo inadequado ao subsolo, resultando mau comportamento; Geometria inadequada, comprimento ou diâmetro inferiores aos necessários; Estacas apoiadas em camadas resistentes sobre solos moles, com recalques incompatíveis com a obra; Ocorrência de atrito negativo não previsto, reduzindo a carga admissível nominal adotada para a estaca. Fonte: Milititsky et al. (2008) 26 4.3 Investigação Insuficiente Realizado o programa de investigação, o mesmo pode se mostrar inadequado à identificação de aspectos que acabam comprometendo o comportamento da fundação projetada. Casos típicos deste grupo são os seguintes: Número insuficiente de sondagens ou ensaios para áreas extensas ou de subsolo variado, eventualmente cobrindo diferentes unidades geotécnicas, causa comum de problemas em obras correntes, pela extrapolação indevida de informações. 27 Figura 14 - Número insuficiente de sondagens: (A) área não investigada com subsolo distinto; Figura 14 - Número insuficiente de sondagens: (B) áreas extensas e de subsolo variado; Fonte: Milititsky et al. (2008) 28 Quando o número de sondagens executadas na fase de investigação é insuficiente, os matacões podem ser confundidos com a ocorrência de perfil de rocha contínua, induzindo soluções não compatíveis com o comportamento da massa de solo. Matacões são blocos de rocha ainda não decompostos alojados no solo residual, originados do intemperismo diferencial da rocha, ou mesmo em solos transportados, no caso de blocos de rochas que deslizam e encostas e se alojam no solo. A presença de matacões no subsolo tanto gera problemas de interpretação dos resultados de sondagens como interfere nos processos construtivos de fundações superficiais e profundas, dificultando a solução de fundações em obras de qualquer porte. Figura 15 - Número insuficiente de investigações: os matacões podem ser confundidos com a ocorrência de perfil de rocha contínua, (A) perfil real; (B) perfil adotado (interpretação equivocada) Fonte: Milititsky et al. (2008) 29 Figura 16 – Profundidade de investigação insuficiente 1. Fonte: Milititsky et al. (2008) Profundidade de investigação insuficiente, não caracterizando camadas de comportamento distinto, em geral de pior desempenho, também solicitadas pelo carregamento. 30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122:2019: - Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT, 2019. 108 p. ______. NBR 6484:2001: Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2001. 17 p. BUENO, Benedito de Souza; VILAR, Orencio Monje. Mecânica dos Solos. – Departamento de Geotecnia. Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo. São Paulo, 1979. Vol. 1 GONÇALVES, Heloisa Helena Silva. Mecânica dos solos e fundações. Universidade de São Paulo. São Paulo, 2014. MILITITSKY, J.; CONSOLI, N. C.; SCHMID, F. Patologia das Fundações. Editora Oficina de Textos. São Paulo, 2008. MOURA, Ana Paula. Fundações e obras de terra: Investigação do subsolo. Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. Minas Gerais, 2016. PEIXOTO, Isabella. Métodos de investigação geológica. Igeologico. 2018. Disponível em: http://igeologico.com.br/metodos-de-investigacao-geologica/. Acesso em: 09 de setembro de 2020. 31