Métodos de Perfuração

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o nível do lençol freático.
Os trados de caçamba (Figura 6.2c) consistem em um cilindro de aço
aberto no topo, mas equipado com uma placa-base na qual são montados os
cortadores, adjacentes aos entalhes na placa: o trado é unido à haste de aço
(barra kelly). Quando ele é girado e pressionado para baixo, o solo removido
pelos cortadores passa através dos entalhes para dentro da caçamba. Quando
esta fica cheia, ela é levantada até a superfície para ser esvaziada por meio da
liberação da placa-base articulada.
Os furos com diâmetro igual ou superior a 1 m feitos no trado podem ser
usados para a análise dos estratos do solo in situ, por meio da descida de uma
câmera remota de CCTV (circuito fechado de televisão) no furo de
sondagem.
Trados manuais e portáteis
Os trados manuais podem ser usados para escavar furos de sondagem com
profundidades de até cerca de 5 m, empregando um jogo de hastes de
extensão. O trado é girado e pressionado para baixo no solo por meio de uma
manivela em T na haste superior. Os dois tipos comuns são o trado Iwan ou
trado de “pós-furação” (Figura 6.2d), com diâmetros de até 200 mm, e o
trado helicoidal pequeno, com diâmetros de mais ou menos 50 mm. Em geral,
os trados manuais são usados apenas se as laterais do furo não exigirem
sustentação alguma e se estiverem ausentes partículas do tamanho de areia
grossa ou superiores. O trado deve ser retirado em intervalos frequentes para
a remoção do solo. Podem ser obtidas amostras indeformadas (não
perturbadas) cravando-se tubos de pequeno diâmetro abaixo da base do furo
de sondagem.
Pequenos trados portáteis motorizados, em geral, transportados e
operados por duas pessoas, são apropriados para a perfuração até as
profundidades de 10–15 m; o diâmetro do furo pode variar de 75 a 300 mm.
O furo de sondagem pode ser revestido, se necessário, e, como consequência,
o trado pode ser usado na maioria dos tipos do solo, contanto que não haja
tamanhos maiores de partículas.
Perfuração com circulação de água
Nesse método, a água é bombeada por uma série de hastes de perfuração ocas
e injetada por pressão, através dos furos estreitos, em uma ponteira na forma
de talhadeira ou cinzel, que é adaptada à extremidade inferior das hastes
(Figura 6.3). O solo é afofado e desagregado pela ação dos jatos de água e
pelos movimentos ascendente e descendente da ponteira. Há também
adaptação para a rotação manual da ponteira por meio de uma barra
horizontal presa às hastes de perfuração acima da superfície. As partículas do
solo são levadas pela água até a superfície, entre as hastes e a lateral do furo
de sondagem, e deixadas ali para que se depositem em um poço. O
equipamento consiste em uma torre de elevação (tripé) com uma unidade de
força, um guincho e uma bomba d’água. O guincho transporta um cabo leve
de aço, que passa através da roldana da torre e é preso ao topo das hastes de
perfuração. A série de hastes é levantada e liberada para cair livremente por
meio da unidade de guincho, produzindo a ação de corte da ponteira do
cinzel. O furo de sondagem costuma ser revestido, mas é possível usar esse
método em furos sem revestimento. Nele, pode-se usar lama (fluido) de
perfuração como uma alternativa à água, eliminando a necessidade de
revestimento.
A perfuração com circulação de água pode ser usada na maioria dos tipos
de solo, mas o progresso se torna lento se estiverem presentes partículas do
tamanho de cascalho grosso ou superior. A identificação exata dos tipos do
solo é difícil em consequência da quebra das partículas pela ponteira e da
mistura que ocorre quando o material é levado pela água até a superfície;
além disso, ocorre a segregação das partículas quando elas se depositam no
poço. No entanto, às vezes, pode-se detectar uma mudança na sensibilidade
da ferramenta de perfuração, alterando-se também a cor da água que é levada
até a superfície, quando são atingidos os limites entre estratos diferentes. O
método é inadequado como forma de obter amostras do solo. Ele é usado
somente como um meio de prolongar um furo de sondagem para permitir que
sejam retiradas amostras tubulares ou que sejam realizados ensaios in situ
abaixo do fundo do furo. Uma vantagem desse método é que o solo logo
abaixo do furo permanece relativamente indeformado (não perturbado).
Figura 6.3 Perfuração com circulação de água.
Sondagem rotativa
Embora destinado principalmente à investigação em rocha, esse método
também é usado com solos. A ferramenta de perfuração, que está presa à
extremidade inferior de uma série de hastes ocas de perfuração (Figura 6.4),
pode ser ou uma broca de corte ou uma broca (coroa) para recuperação de
testemunhos; esta última permanece fixada à extremidade inferior de um
barrilete amostrador, que, por sua vez, é transportado pelas hastes de
perfuração. Água ou lama de perfuração é bombeada para baixo pelas hastes
ocas, passando, sob o efeito da pressão, através de orifícios estreitos na broca
ou no amostrador; esse é o mesmo princípio utilizado na perfuração com
circulação de água. A lama de perfuração refrigera e lubrifica a ferramenta de
perfuração e transporta os fragmentos soltos para a superfície entre as hastes
e as laterais do furo. O fluido também fornece algum suporte para as laterais
do furo se não for usado revestimento algum.
O equipamento consiste em uma torre (tripé), uma unidade de força, um
guincho, uma bomba e uma cabeça de perfuração para aplicar impulso
rotativo de alta velocidade e pressão para baixo nas hastes de perfuração.
Uma conexão de cabeça rotativa pode ser fornecida como um acessório ao
equipamento de perfuração por percussão.
Há duas formas de sondagem rotativa: a sondagem de furo (tubo ou poço)
aberto e a sondagem com retirada de testemunhos. A primeira, que costuma
ser usada em solos e rochas fracas, usa uma broca (coroa) de corte para
quebrar todo o material dentro do diâmetro do furo. Assim, esse tipo de
sondagem só pode ser usado como um meio de prolongar o furo; as hastes de
perfuração podem, então, ser removidas, de modo a permitir que se retirem
amostras por meio de um tubo amostrador ou que se realizem ensaios in situ.
Na perfuração com retirada de testemunhos, que é usada em rochas e argilas
duras, a broca de diamante ou de carboneto de tungstênio corta um furo
anular no material, e um núcleo intacto entra no amostrador para ser
removido como uma amostra. No entanto, é provável que o teor de umidade
natural do material aumente devido ao contato com o líquido (lama) de
perfuração. Os diâmetros comuns de amostrador são 41, 54 e 76 mm, mas
podem chegar a até 165 mm.
Figura 6.4 Sondagem rotativa.
A vantagem da sondagem rotativa em solos é que o progresso é muito
mais rápido do que com outros métodos de investigação, e a perturbação do
solo abaixo do furo de sondagem é pequena. O método não é indicado se o
solo tiver uma porcentagem elevada de partículas com tamanho de cascalho
(ou maiores), uma vez que elas tendem a girar abaixo da broca e não são
decompostas (quebradas).
Observações da água subterrânea
Uma parte importante de qualquer investigação do terreno é a determinação
do nível do lençol freático e de qualquer pressão artesiana em um
determinado estrato. Também pode ser necessário determinar a variação de
nível ou pressão da água nos poros durante certo período de tempo. As
observações da água subterrânea assumem particular importância quando é
necessário realizar escavações profundas.
O nível do lençol freático pode ser determinado pela medição da
profundidade até a superfície da água em um furo de sondagem. Os níveis de
água em furos de sondagem podem levar um tempo considerável para se
estabilizar; esse tempo, conhecido como tempo de resposta, depende da
permeabilidade do solo. Dessa forma, as medições devem ser feitas em
intervalos de tempo regulares até que o nível da água se torne constante. É
preferível que o nível seja determinado assim que o furo de sondagem atingir
o nível do lençol freático. Se o furo de sondagem for mais aprofundado, pode
penetrar em um estratosob a ação da pressão artesiana (Seção 2.1), fazendo
com que o nível de água no furo fique acima do nível do lençol freático. É
importante que um estrato de baixa permeabilidade abaixo de um lençol
freático superposto (ou empoleirado; Seção 2.1) não seja penetrado antes que
o nível de água se estabeleça. Se houver um lençol freático superposto, o furo
de sondagem deve ser revestido a fim de que o nível principal do lençol
freático seja determinado de forma correta; se o aquífero superposto não for
vedado (selado), o nível de água no furo de sondagem estará acima do nível
principal do lençol freático.
Quando for necessário determinar a pressão neutra em um determinado
estrato, deve-se usar um piezômetro. Este consiste em um elemento
preenchido com água desaerada e incorporando uma ponteira porosa, que
fornece continuidade entre a água dos poros no solo e a água no interior do
elemento. O elemento é conectado a um sistema medidor de pressões. Uma
ponteira cerâmica com alta entrada de ar é essencial para medir a pressão
neutra em solos parcialmente saturados (por exemplo, aterros compactados),
sendo o valor da entrada de ar a diferença de pressões na qual o ar formaria
bolhas através de um filtro saturado. Dessa forma, o valor da entrada de ar
deve superar a diferença entre a pressão do ar e a da água dos poros, caso
contrário, esta última seria registrada. Uma ponta porosa grossa só pode ser
usada caso se saiba que o solo está completamente saturado. Se a pressão da
água nos poros for diferente da pressão da água no sistema de medição,
ocorrerá um fluxo de água entrando ou saindo do elemento. Isso, por sua vez,
resultará em uma variação da pressão adjacente à ponteira e na consequente
percolação da água dos poros em direção à ponteira ou se afastando dela. A
medição envolve o equilíbrio entre a pressão no sistema de medição e a
pressão neutra nas vizinhanças da ponteira. No entanto, o tempo de resposta
para que as pressões se igualem depende da permeabilidade do solo e da
flexibilidade do sistema de medição. O tempo de resposta de um piezômetro
deve ser o mais curto possível. Os fatores determinantes da flexibilidade são
a variação de volume para acionar o dispositivo de medição, a expansão das
conexões e a presença de ar aprisionado. Uma unidade de desaeração forma
uma parte essencial do equipamento: a desaeração eficiente durante a
instalação é fundamental se for necessário evitar erros de medidas das
pressões. Para conseguir um tempo de resposta rápido em solos de baixa
permeabilidade, o sistema de medição deve ser o mais rígido possível,
exigindo o uso de um sistema hidráulico fechado no qual não se exija
virtualmente nenhum fluxo de água para o funcionamento do dispositivo de
medição.
O tipo mais simples é o piezômetro de tubo aberto (Figura 6.5), que é
usado em um furo de sondagem revestido e adequado se o solo estiver
saturado por completo e a permeabilidade for relativamente alta. Em geral, o
nível da água é determinado por intermédio de um imersor elétrico, uma
sonda com dois condutores na extremidade de uma trena; o circuito
alimentado por uma bateria se fecha, acionando um indicador, quando os
condutores entram em contato com a água. Normalmente, a coluna (bureta) é
um tubo de plástico com 50 mm de diâmetro ou menos, cuja extremidade
inferior é perfurada ou adaptada a um elemento poroso. Um volume mais ou
menos grande de água deve passar através do elemento poroso para haver
mudança no nível da coluna, portanto um tempo de resposta curto somente
será obtido em solos de permeabilidade relativamente alta. Coloca-se areia
fina ou média em torno da extremidade inferior, e a coluna é selada no furo
de sondagem com argila (em geral, pelo uso de pelotas de bentonita) logo
acima do nível no qual a pressão neutra deve ser medida. O restante do furo
de sondagem é preenchido com areia, exceto nas proximidades da superfície,
onde é colocado um segundo selo para evitar um fluxo de entrada de água
dali. O topo da coluna recebe uma cobertura para impedir também a entrada
de água. Além disso, foram desenvolvidos piezômetros de tubo aberto que
Figura 6.5
podem ser cravados ou enterrados no solo. Os piezômetros também podem
ser usados para coletar amostras de água para análises químicas adicionais
em laboratório nos locais com possível contaminação (Seção 6.8).
Piezômetro de tubo aberto.
Figura 6.6 Ponteiras de piezômetros.
O piezômetro de tubo aberto tem um tempo de resposta longo em solos de
baixa permeabilidade, e, nesses casos, é preferível instalar um piezômetro
hidráulico com um tempo de resposta relativamente curto. Para conseguir
isso em solos de baixa permeabilidade, o sistema de medição deve ser o mais
rígido possível, exigindo o uso de um sistema hidráulico fechado no qual não
seja necessário fluxo de água para acionar o dispositivo de medição. Três
tipos de piezômetro para uso em um sistema hidráulico fechado são ilustrados
na Figura 6.6. Os piezômetros consistem em um corpo de latão ou plástico,
no qual é selada uma ponteira porosa de cerâmica, bronze ou pedra. Dois
tubos saem do dispositivo, um dos quais é conectado a um transdutor,
permitindo que os resultados sejam registrados de forma automática. Os
tubos são de náilon revestido por polietileno, sendo o náilon impermeá vel ao
ar, e o polietileno, à água.
Os dois tubos permitem que o sistema seja mantido livre de ar pela
circulação periódica de água desaerada. Admitir uma tolerância para a
diferença de nível entre a ponteira e o instrumento de medição, que deve estar
localizado abaixo da ponteira sempre que possível.
6.3 Amostragem
Uma vez que se faça uma abertura (poço de inspeção ou furo de sondagem)
no terreno, muitas vezes, é desejável recuperar amostras do solo até a
superfície para ensaios em laboratório. As amostras do solo são divididas em
duas categorias principais: indeformadas (ou não perturbadas) e
deformadas (ou perturbadas). As amostras indeformadas, necessárias em
especial para ensaios de resistência ao cisalhamento e adensamento
(Capítulos 4 e 5), são obtidas pelas técnicas que visam preservar a estrutura
in situ e o teor de umidade do solo tanto quanto possível. Nos furos de
sondagem, é possível obter amostras indeformadas (não perturbadas)
retirando as ferramentas de sondagem (exceto quando são usados os trados de
hélice contínua) e cravando ou introduzindo um tubo amostrador no solo do
fundo do furo de sondagem. Em geral, o amostrador é unido a um trecho da
haste de sondagem que pode ser abaixado e levantado pelo cabo do
equipamento de percussão. Quando o tubo é trazido à superfície, remove-se
uma parte de solo de cada extremidade, e é aplicada cera derretida, em
camadas finas, para formar um selo impermeável com espessura aproximada
de 25 mm; as extremidades do tubo são, então, cobertas por tampas
protetoras. Os blocos de amostras indeformadas podem ser cortadas à mão do
fundo ou das laterais de um poço de inspeção. Durante o corte, as amostras
devem ser protegidas da água, do vento e do sol para evitar qualquer
mudança no teor de umidade; também devem ser cobertas com cera derretida
assim que trazidas à superfície. É impossível obter uma amostra
completamente indeformada, não importa o quão minuciosas ou cuidadosas
sejam a investigação do terreno e a técnica de amostragem. No caso das
argilas, por exemplo, ocorrerá o inchamento (expansão) junto ao fundo de um
furo de sondagem, em consequência da redução das tensões totais, quando o
solo for removido, podendo a perturbação estrutural ser causada pela ação
das ferramentas de sondagem; após isso, quando uma amostra for removida
do terreno, as tensões totais serão reduzidas a zero.
As argilas moles são muito sensíveis à perturbação da amostragem, sendo
os efeitos mais acentuados naquelas de baixa plasticidade do que nas de
plasticidade elevada. A parte central de uma amostra de argila mole estará
relativamente menos perturbada do que a zona exterior junto ao tubo de
amostragem. Logo depois da amostragem, a pressão neutra no núcleo
relativamente indeformadoserá negativa, graças à liberação das tensões totais
	Parte 1 - Desenvolvimento de um modelo mecânico para o solo
	6 Investigação do terreno
	6.3 Amostragem