Aula_02_INVESTIGAÇÃO DE SUBSOLO E ENSAIOS DE SONDAGEM (2)

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ESCOLA DE ENGENHARIAS E TI
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Fundações (2018.2)
Aula 02 – Investigação de Subsolo e Ensaio de Sondagem
OBJETIVOS
Ao final desta aula, o aluno deverá:
Analisar os principais métodos de investigação de subsolo;
Analisar os parâmetros necessários para execução do ensaio de sondagem;
Avaliar o processo de execução e os resultados do ensaio de sondagem com SPT;
Organizar diferentes perfis geotécnicos e as correlações com as diversas soluções de fundações.
Profª Lucy Kheyler Mendonça
Contextualização: 
Existem problemas de patologias em fundações no Brasil? 
‘’Sim, principalmente por causa de falhas na investigação do subsolo e, em alguns casos, por ausência de qualquer tipo de ensaio.’’ (Professor Fernando Schnaid da UFRGS)
‘’Não há uma valorização da etapa de investigação do subsolo, provavelmente por conta de um desconhecimento generalizado da relevância dessa investigação.’’ (Jarbas Milititsky)
Fundações
É aconselhável a execução de sondagens, no sentido de reconhecer o subsolo e escolher a fundação adequada, fazendo com isso, a redução do custo das fundações.
As sondagens representam, em média, apenas 0,05 a 0,005% do custo total da obra.
Introdução
Informações técnicas a serem vistas pela sondagem do subsolo:
Determinação dos tipos de solo que ocorrem, no subsolo, até a profundidade de interesse do projeto (perfil geológico - com coleta de amostras); 
Condições de compacidade (areias) ou consistência (argilas);
Espessura das camadas constituintes do subsolo e avaliação da orientação dos planos que as separam;
Ocorrência de água no subsolo;
Resistência das camadas do solo (capacidade de carga).
Fundações
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Investigar
Decisão
Fundações
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Investigar
Decisão
Fundações
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Investigar
Decisão
Fundações
Condomínio Anêmona – Ubatuba/SP (praia das Toninhas)
2 blocos, 4 andares, 48 apartamentos, alvenaria estrutural
Caso prático
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Fundações
Fundação: estacas pré-moldadas de concreto armado de 30 cm de diâmetro, cravadas por marteletes mecânicos até uma profundidade média de 25 m.
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Fundações
Desabamento: em 17 de maio de 2001, o bloco B sofreu um desabamento parcial, devido à ruptura do sistema de sustentação.
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Fundações
Com a movimentação a estrutura acomodou-se de maneira inclinada. Um desaprumo de 2,5 m do topo à base.
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Fundações
Além do deslocamento vertical, houve um deslocamento horizontal para o sentido dos fundos e pequena rotação no sentido anti-horário.
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Fundações
Os pilares próximos ao bloco A tombaram à medida que o prédio desabou.
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Fundações
Lado que afundou.
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Fundações
Primeira hipótese: ruptura nas fundações. O bloco A aparentemente intacto poderia estar sujeito ao mesmo problema.
Estudo da interação solo-estrutura: sondagens (4) e modelo numérico.
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Fundações
Primeira camada de solo arenoso, pouco compacto, com espessura variando de 10 m na frente do terreno a 2 m no fundo. Abaixo disso, argila marinha siltosa, muito mole e de cor escura. Aos 25 m de profundidade, areia fina siltosa, pouco argilosa, medianamente a muito compacta e impenetrável.
Fundações
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Fundações
O empuxo lateral no solo de fundação, devido ao peso excessivo do aterro, solicitou lateralmente os elementos de fundação, os quais não foram dimensionados para suportar tal esforço. O resultado foi a ruptura das estacas próximas ao fundo do terreno, região em que houve maior adensamento. 
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Fundações
Por ser muito mole, o solo não propiciou resistência lateral às fundações nem restringiu seus deslocamentos horizontais, permitindo que elas perdessem a estabilidade e rompessem por flexo-compressão.
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Ver a proposta de recuperação na dissertação!
Os custos inviabilizaram a recuperação e o edifício foi DEMOLIDO por risco de desabamento total. 
Fundações
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Caso prático - Conclusão
Fundações
Métodos diretos (sondagens)
Poços de inspeção/Trincheiras
Sondagem a trado (manual e mecânico)
Sondagem a percussão (SPT)
Sondagem rotativa
Métodos indiretos (geofísica)
Refração sísmica
Eletro-resistividade
Indução magnética
Investigação geológica – Ensaios de exploração
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Fundações
Amostras deformadas
Porção representativa do solo desagregado
Identificação tátil-visual, ensaios de granulometria, compactação
Coleta fácil e rápida
Coleta de amostras
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Fundações
Amostras indeformadas
Porção representativa do solo na sua estrutura original
Características “in situ”
Cilindros/anéis ou bloco
Coleta de amostras
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Fundações
Poços de inspeção: são executados em terrenos que permitam sua escavação manual, sem escoramento, atingindo usualmente até 2 ou 3 metros de profundidade (estabilidade) ou até encontrar o nível da água. Tem como objetivo o conhecimento do perfil do terreno, grau de compactação das camadas e coletas de amostras indeformadas.
Trincheiras: são valas longas com profundidade máxima de 2 metros, para uma investigação linear das primeiras camadas de terreno.
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Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
Sondagens a trado: podem ser manuais ou mecanizados, os mais utilizados são concha ou cavadeira e helicoidal. Tem também os trados torcidos e espiral.
Trado cavadeira: 75, 100 e 150 mm, usados para estudos de ocorrências de materiais para terraplanagem, pavimentação e barragens até que se encontre o nível de água.
Trado helicoidal, torcido ou espiral: empregados no interior do revestimento de sondagens a percussão, podendo ser utilizados em solos argilosos, mesmo abaixo do nível de água.
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Ferramenta auxiliar de outros tipos de sondagem e para execução de furos em ensaios especiais, como permeabilidade e palheta.
As amostras retiradas são deformadas.
Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
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Trados manuais: processo mais simples, rápido e econômico. Limitado às camadas de solo com baixa resistência e acima do nível da água.
Trados mecânicos: execução rápida, perfuração em solos de resistência elevada.
Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
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Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
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Sondagem rotativa: permite a investigação e reconhecimento de rochas e solos podendo atingir grandes profundidades. Indica a presença de matacões e possibilitam injeção de cimento ou de outros materiais em fraturas que podem ocorrer nos maciços rochosos em profundidade.
Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
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Sísmica de refração: propicia a redução do número de investigações mecânicas, porém não dispensa outros tipos de sondagem. 
Método – ondas sísmicas são geradas por uma fonte e se propagam. Após sofrerem refração nas interfaces entre as camadas geológicas em profundidade podem ser detectadas por geofones ao longo do perfil de prospecção, os quais registram as vibrações do solo e os tempos dechegada, sendo utilizados para o cálculo das espessuras das camadas.
Se faz objetivando conhecer:
Espessuras e natureza das camadas;
Ninhos de blocos ou matacões;
Contato entre diferentes tipos de rochas;
Presença de água subterrânea;
Presenças de grandes espaços vazios (fendas ou cavernas).
Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
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Eletroresistividade: auxilia na definição do perfil geológico do terreno, empregado na definição ou mapeamento do lençol freático existente nas camadas permeáveis de alguns solos e rochas.
A variação no valor da resistividade de solos e/ou rochas depende de:
Porosidade
Forma dos grãos
Estrutura do substrato rochoso
Salinidade da água.
Investigação geológica – Ensaios de exploração
Fundações
NBR 8036:1983 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento
Número
Localização
Profundidade
NBR 6484:2001 – Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio
Tipos de solos
Posição do NA
Índice N
Referências normativas
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Fundações
Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios
1. Objetivo: fixa as condições exigíveis na programação das sondagens destinada à elaboração de projetos geotécnicos para construção de edifícios. Abrange o número, a localização e a profundidade das sondagens.
NBR 8036:1983
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4.1 Procedimento mínimo: adotado na programação de sondagens de simples reconhecimento na fase de estudos preliminares ou de planejamento do empreendimento*.
*Para a fase de projeto, ou para o caso de estruturas especiais, eventualmente poderão ser necessárias investigações complementares para determinação dos parâmetros de resistências ao cisalhamento e da compressibilidade dos solos, que terão influência sobre o comportamento da estrutura projetada. Para tanto, devem ser realizados programas específicos de investigações complementares.
Fundações
NBR 8036:1983
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4.1.1 Número e locação das sondagens
Dependem do tipo da estrutura, de suas caraterísticas especiais e das condições geotécnicas do subsolo;
O número deve ser suficiente para fornecer um quadro da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo;
Devem ser, no mínimo, de uma para cada 200 m² de área da PROJEÇÃO em planta do edifício, até 1.200 m² de área. Entre 1.200 e 2.400 m² deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m² que excederem de 1.200 m². Acima de 2.400 m² deve ser fixado de acordo com o PLANO PARTICULAR da construção.
Em quaisquer circunstâncias deve ser:
Dois para área da projeção em planta do edifício até 200 m²;
Três para área entre 200 e 400 m².
NBR 8036:1983
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I. Até 200 m² → 2 furos
II. 200 m² a 400 m² → 3 furos
III. 1.200 m² a 2.400 m² → 1 furo para cada 400 m² excedidos de 1200 m² IV. Acima de 2400 m² → plano particular da construção
V. Estudos de viabilidade → mínimo de 3 sondagens e distância máxima de 100m
Fundações
NBR 8036:1983 - Localização
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4.1.1.4 As sondagens devem ser localizadas em planta e obedecer as seguintes regras gerais:
Na fase de estudos preliminares ou de planejamento devem ser igualmente distribuídas em toda a área; na fase de projeto podem-se localizar de acordo com critério específico que leve em conta pormenores estruturais;
Quando o número de sondagens for superior a três, elas não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento.
Fundações
NBR 8036:1983 - Localização
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A distância entre os furos de sondagem deve ser de 15 a 25 metros, evitando que fiquem numa mesma reta e, de preferência, próximos aos limites da área em estudo.
Fundações
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Espaçamento das sondagens
Locar e nivelar os pontos no terreno em relação a um nível de referência fixo e bem determinado de preferência único para toda a obra e fora do local desta, como, por exemplo, a guia de um passeio.
Fundações
NBR 8036:1983 - Profundidade
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4.1.2 Profundidade das sondagens
É função do tipo de edifício, das características particulares de sua estrutura, de suas dimensões em planta, da forma da área carregada e das condições geotécnicas e topográficas locais.
Devem ser levadas até a profundidade onde o solo não seja mais significativamente solicitado pelas cargas estruturais (onde o acréscimo de pressão no solo for menor do que 10% da pressão geoestática efetiva).
Fundações
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NBR 8036:1983 - Profundidade
Exercício de Sondagem!
Projeção da torre: 16 m x 18,50 m
Fundações
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Fundações
Finalidades da norma:
Determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência;
Posição do nível d’água;
Índices de resistência à penetração (N) a cada metro.
NBR 6484:2001 – SPT (Standard Penetration Test)
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Princípio do ensaio:
Perfuração e cravação dinâmica de amostrador-padrão, a cada metro, resultando na determinação do tipo de solo e de um índice de resistência , bem como da observação do nível do lençol freático.
A determinação do N se dá pelo número de golpes correspondente à cravação de 30 cm do amostrador padrão, a pós a cravação inicial de 15 cm. 
Fundações
NBR 6484:2001 – Lista de componentes da aparelhagem padrão
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NBR 6484:2001 - SPT
NBR 6484:2001 - SPT
Perfuração por circulação de água
NBR 6484:2001 - SPT
Perfuração por circulação de água
Fundações
NBR 6484:2001
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Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Instalar o equipamento
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NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Furo “inicial”
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Instalar o amostrador
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Posicionar o martelo
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Marcar os 45 cm – 15/15/15 cm
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Batedor
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Iniciar o golpeamento
Fundações
NBR 6484:2001 - Passo a passo
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Coletar amostra
NBR 6484:2001 - SPT
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Identificação tátil-visual do tipo de solo
Dica – esfregue o material entre os dedos!
Areia: tamanho dos grãos maiores (cristais)
Não é plástica
É áspera
Não suja a mão
Silte:
É plástico
Desliza na mão
Tem consistência de massa de modelar
É “confortável” ao toque
Contém caolim (argila branca)
Suja a mão (face talvez ao caolim)
NBR 6484:2001 - SPT
Argila:
É muito plástica
Da pra fazer “rolinhos” com a mão (LL e LP)	
Adere a mão
Tem granulometria muito fina
Suja a mão 
Quando seco, não tem partículas a olho nu, é um pó
Quando úmida, pode ser moldada
Fundações
NBR 6484:2001 – Amostra de solo
Solo variegado
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NBR 6484:2001 - SPT
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NBR 6484:2001 - SPT
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NBR 6484:2001 - SPT
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NBR 6484:2001 – SPT
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NBR 6484:2001 - SPT
NBR 6484:2001- SPT
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NBR 6484:2001 - SPT
Fundações
Vantagens:
O furo pode ser revestido se o solo se apresentar instável;	
Capaz de atravessar e posicionar o nível d’água;
Determina o tipo de solo em suas profundidades e atravessa solos mais resistentes;
Mede a resistência a penetração do solo;
Baixo custo e fácil execução;
Pode ser efetuado em locais de difícil acesso.
Obs: o esforço requerido para a penetração do trado dá uma primeira indicação da consistência ou compacidade do solo.
NBR 6484:2001 – SPT (Standard Penetration Test)
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Fundações
Desvantagens:
Não ultrapassam matacões e blocos de rocha
Podem ser detidas por pedregulhos ou solos muito compactos
Obtenção de amostras deformadas
NBR 6484:2001 – SPT (Standard Penetration Test)
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Fundações
Situação prática: 
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Análise das características do solo define melhor abordagem das fundações e segurança da obra.
Sondagem mista: percussão + rotativa.
Fundações
Citação no relatório dos procedimentos da execução segundo a norma NBR-6484;
Amarração da cota da boca dos furos e da locação destes furos em relação a uma referência de nível fixa e indeslocável;
Identificação da existência ou não de nível de água e a posição inicial e final, se existir;
Classificação das camadas segundo a norma brasileira;
Identificação clara da data de início e término do furo de cada sondagem, para se identificar a estação do ano;
Apresentação dos valores de SPT inicial e final em cada metro, para comparação.
Critérios para aceitação de um projeto de sondagens
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Fundações
O custo aproximado de um ensaio SPT é na faixa de 35 a 80 reais por metro.
De forma geral, tem-se:
Solo considerado viável para receber as cargas de uma fundação: a partir de N igual a 10.
Solo considerado resistente a cerca de 1,5 metros de profundidade com N igual a 15 é indicação para fundação rasa.
Solo considerado resistente a cerca de 6 metros de profundidade com N igual a 15 é indicação para fundação profunda.
Custo e Resistência
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Fundações
Outros ensaios de exploração do subsolo
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Fundações
CPT
Ensaio de cone (CPT – Cone Penetration Test).
Cravação a velocidade lenta e constante de uma haste com ponta cônica, medindo-se a resistência de ponta e a resistência por atrito lateral.
A pressão neutra também pode ser medida.
Fundações
CPT
A razão entre o atrito lateral e a resistência de ponta pode ser usada para determinar o tipo de solo atravessado (ábaco).
Método de execução:
Preparação do cone;
Cravação com sistema hidráulico;
Penetração a 2,0 cm/s;
Registros contínuos (a cada 2 cm);
Aquisição automática dos dados.
Confiabilidade do resultado – ensaio preciso.
Rapidez de execução e agilidade dos resultados.
Fundações
CPT
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Fundações
CPT
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Fundações
DMT
Ensaio dilatométrico.
Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas.
Cravação de ponteira metálica com interrupções a cada 20 cm, quando se introduz gás nitrogênio que expande a membrana metálica da ponteira contra o terreno.
Dessa expansão registram-se em manômetro duas leituras: quando a dilatação da membrana vence o esforço de compressão do terreno e quando esta deforma o solo de 1,1 mm.
Fundações
PMT
Ensaio pressiométrico.
Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas.
Inserção em um pré-furo de sonda pressiométrica e deformação radial de membrana por meio de gás nitrogênio.
Através do painel de controle, as variações de pressões e volumes ocorridos com a deformação do solo são obtidos.
Fundações
VST
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Vane Test (ensaio de palheta)
Medição da força torcional requerida para causar a ruptura por cisalhamento de uma superfície cilíndrica por meio de uma palheta em forma de hélice. 
Utilizado em solos moles.
A informação obtida pode ser utilizada para conseguir a resistência não drenada do solo.
Equipamento simples para medida de uma grandeza física.
Ensaio lento.
Fundações
Vane Test (ensaio de palheta - VST)
Aula 02 – Investigação do Subsolo e Ensaio de Sondagem
Finalização: 
Leitura recomendada: A importância da investigação do subsolo no dimensionamento de fundações.
Fundações
Aula 02 – Investigação do Subsolo e Ensaio de Sondagem
Aula 03 – Fundações Rasas
Fundações
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Solo – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT – Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8036: Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Rio de Janeiro, 1983.
CINTRA, J. C. A. et al. Fundações: ensaios estáticos e dinâmicos. São Paulo: Oficina de Textos, 2013. (Biblioteca Virtual)
PINTO, CARLOS DE SOUSA. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3 ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
VELLOSO, D.; LOPES, F. R. Fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.
Referências: 
FIM
Fundações