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Investigações Geotécnicas de Campo Sondagem e Ensaio na prática e-book www.institutominere.com.br INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 2 RETORNAR AO ÍNDICE Autores Simmon ViegasMárcio Leão Geólogo pela Universidade Federal do Oeste do Pará - UFOPA e Mestre em Geologia pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Atuação em campanhas de sondagem, instrumentação, amostras e ensaios especiais na investigação geotécnica em obras da mineração. Experiência com ferramentas de integração de dados, seções geológicas, análise de dados multifonte, planejamento de malha de amostragem e sondagem, integração de perfis e modelos tridimensionais com geoquímica, geofísica e geologia de campo. É Pós-Doutor em Geotecnia pela UFV. Doutor em Geologia de Engenharia pela UFRJ. Doutorando em Geotecnia pela UERJ. Mestre em Geotecnia pela UERJ. Mestre em Geologia de Engenharia pela UFRJ. Possui MBA em Gestão de Projetos pela USP. Bacharel em Geologia pela UFRJ. Geólogo com 16 anos de experiência em planejamento de obras de arte de engenharia civil, nacionais e internacionais. Atua como Geólogo Master na Coordenação do Setor de Geologia, bem como na Gerência de Projetos de Mineração na Tractebel. É Docente de cursos de Pós- graduação. É Pesquisador Colaborador da UFV nas áreas de Geologia de Engenharia e Geotecnia, com ênfase em Mecânica das Rochas e Mecânica dos Solos. É Membro de Comissões Técnicas, de Corpo Editorial e Revisor Adhoc de Periódicos nacionais e internacionais. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 3 RETORNAR AO ÍNDICE A sondagem é um procedimento que tem por escopo a obtenção de informações quanto aos perfis geológicos existentes, identificando solos, rochas, nível de água. No caso específico da geotecnia, as sondagens fornecem ainda informações quanto à resistência, deformação e capacidade drenante do material bem como anomalias que podem influenciar diretamente a estrutura ou obra em questão. Existem diferentes métodos de investigação e sondagem geotécnica, cada um com características e funcionalidades distintas. Além disso, cada tipo de ensaio tem potencial para determinação de parâmetros geotécnicos diferenciados no seu procedimento executivo e recurso tecnológico do equipamento. Apesar de todo avanço tecnológico em equipamentos e metodologias, há uma grande demanda de mão de obra qualifica para obter a melhor informação possível, em conjunto com uma operação segura dos recursos tecnológicos de cada equipamento. Este e-book compartilha a base de sondagem geotécnica e ensaios de forma didática para contribuir com a formação de profissionais que entendam o que e por que estão fazendo estas atividades e que utilizem as melhores técnicas e metodologia de sondagem afim de promover uma operação eficiente, objetiva, confiável e previsível. Boa leitura, Gustavo Cruz Sumário 1 Apresentação e Indução na Praça de Sondagem............................................................................5 2 Ferramentas de Controle e Redução de Riscos ................................................................................7 2.1 Checklists ........................................................................................................................................................................................8 2.2 ART’s ...................................................................................................................................................................................................8 2.3 PRO’s ..................................................................................................................................................................................................8 2.4 DSS .......................................................................................................................................................................................................8 3 Sondagem Geotécnica .....................................................................................................................................................9 3.1 Sondagem Hollow Auger................................................................................................................................................ 10 3.2 Sondagem à Percussão ................................................................................................................................................... 11 3.2.1 Critério de Paralização.................................................................................................................................................. 18 3.2.2 Critério de Amostragem .............................................................................................................................................. 19 3.4 Sondagem Rotativa com Recuperação de Amostra ................................................................................ 21 3.4.1 Critério de Amostragem .............................................................................................................................................. 25 3.5 Sondagem Mista (SPT + Rotativa)......................................................................................................................... 28 3.6 Sondagem Rotativa Destrutiva ................................................................................................................................... 29 4 Cone Penetration Test (CPT) e Piezocone (CPTU) ...................................................................... 30 5 Ensaios de Permeabilidade em Campo ................................................................................................... 32 5.1 Permeabilidade em Solos ............................................................................................................................................... 33 5.1.1 Definição do Tipo de Ensaio .................................................................................................................................... 34 5.1.2 Materiais e Equipamentos ......................................................................................................................................... 35 5.1.3 Carga Constante ............................................................................................................................................................... 35 5.1.4 Carga Variável ...................................................................................................................................................................... 35 5.2 Permeabilidade em Rocha ............................................................................................................................................. 36 5.2.1 Perda D’água Sob Pressão ....................................................................................................................................... 36 6 Instrumentação Geotécnica ................................................................................................................................... 40 6.1 Medidores de Nível D’água (MNA) ......................................................................................................................... 41 6.1.1 Equipamentos e Acessórios .................................................................................................................................... 43 6.2 Piezômetros Casagrande ............................................................................................................................................... 43 6.2.1 Equipamentos e Acessórios .................................................................................................................................... 45 7 Amostras Indeformadas ............................................................................................................................................. 46 7.1 AmostraShelby ....................................................................................................................................................................... 47 7.2 Amostra Denison ................................................................................................................................................................... 47 8 Referências Bibliográficas ...................................................................................................................................... 48 9 Anexos ............................................................................................................................................................................................. 49 ÍNDICE INTERATIVO: CLIQUE PARA SER REDIRECIONADO À PÁGINA INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 1 Apresentação e Indução na Praça de Sondagem INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 6 RETORNAR AO ÍNDICE A Indução na Praça de Sondagem compreende a apresentação do ambiente e layout da área de trabalho, o que inclui as operações que ali são realizadas, seus cuidados durante os processos e ferramentas utilizadas para prevenção de riscos associados. Durante a indução devem ser apresentados os principais equipamentos que operam no local, seus operadores e responsáveis e as ferramentas de controle dos mesmos, o que envolve checklists, manuais, procedimentos operacionais (PRO’s), análise de risco de tarefa (ART), permissão para trabalho seguro (PTS), etc. Figura 01 – Equipamentos de Proteção Individual (EPI’s) básicos para realização e acompanhamento de atividades sondagem. Durante o processo de apresentação do ambiente de sondagem, são também apresentados os EPI’s necessários para acompanhamento das atividades. Dentre eles, há EPI’s básicos e obrigatórios, tais como capacete jugular e abafador, óculos de proteção, bota de segurança, capuz de fuga, luvas e perneira; além dos EPI’s eventuais que podem ser solicitados em caso de atividades específicas. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 2 Ferramentas de Controle e Redução de Riscos INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 8 RETORNAR AO ÍNDICE 2.1 Checklists • Conceito de check list; OK principalmente na regularidade de execução com qualidade • Elaborar os check lists das sondas e acessórios (praça e pré uso) ok • Veículos (Caminhonetes, Caminhão Pipa/Pancha, Retroescavadeira, etc.) • Praça de Sondagem • Sonda • Ferramentas Manuais (cor do mês, reparo e descarte). 2.2 ART’s • Percepção de Riscos da Sondagem e suas medidas de controle ok, fundamental aplicação incluído programa de indução com boas práticas nas praças de sondagens 2.3 PRO’s • Ferramentas básicas da qualidade (PROs) ok com foco nos riscos e controles operacionais 2.4 DSS • Aplicação do DSSMA e importância do emociograma ok, incluindo o programa Sondrômetro INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 3 Sondagem Geotécnica INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 10 RETORNAR AO ÍNDICE As investigações geotécnicas são essenciais em qualquer obra de engenharia, uma vez que esta possibilita ao homem compreender os fenômenos geológicos de formação da crosta terrestre e solucionar os importantes problemas postos por diversos ramos da engenharia e tecnologia. Os dados colhidos pelos ensaios de campo e posteriormente pelas interpretações feitas pelos geólogos e engenheiros geotécnicos são fundamentais para a elaboração e execução de qualquer projeto. Um dos principais objetivos das investigações geotécnicas, por meio de sondagem, é propiciar o reconhecimento da estratigrafia do local, possibilitando a montagem de perfil geotécnico que fará parte das análises de estabilidade do maciço, bem como identificar os parâmetros geotécnicos das camadas que comporão o perfil geotécnico e/ou orientar na sua definição. Sondagem é um método de investigações geológicas, realizada através do contato direto com solo, ou “in situ”. O procedimento de sondagem para determinar as propriedades físicas do solo é de válida importância no planejamento executivo do projeto. 3.1 Sondagem Hollow Auger O uso de sistemas de trados ocos (hollow augers) possibilita coletas com diâmetros maiores, de 3 ou mesmo 4 polegadas, ainda que em profundidades superiores ao usual, como 20m ou 30m com alta qualidade e representatividade. O sistema de perfuração consiste no uso de perfuratriz hidráulica, dotada de trados vazados e sistema de hastes internas, que impedem a entrada de solo durante a perfuração (realizada a seco). Figura 02 – Sondagem com Hollow Auger via equipamento hidráulico. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 11 RETORNAR AO ÍNDICE Após a perfuração e estabilização do solo, o amostrador é cuidadosamente inserido no solo, trazendo amostras íntegras e, portanto, consideravelmente mais representativas do terreno do que aquelas obtidas com o método “tradicional”. Como a perfuração fica revestida a todo momento, é possível a realização de coletas com excelente qualidade mesmo abaixo do nível freático e em camadas pouco coesivas. 3.2 Sondagem à Percussão A empresa de sondagem contratada para a execução das sondagens deverá fornecer equipamentos, acessórios e ferramentas à execução de sondagens e que atendam à programação e às especificações estabelecidas no contrato de serviços e normas vigentes. Ressalta-se que a empresa de sondagem deverá apresentar certificado de operação, qualidade e calibração (quando pertinente) para os equipamentos, com laudo devidamente assinado por profissional habilitado junto ao seu Conselho. • Torre com roldana, moitão e corda; • Guincho mecânico (sarilho) ou moitão; • Trados dos tipos concha e helicoidal; • Hastes de perfuração/cravação e luvas de aço galvanizado; • Trado-concha ou cavadeira manual; • Trado helicoidal; • Cruzeta; • Tubos de revestimentos; • Alimentador de água; • Trépano e “T” de lavagem; • Barriletes-amostradores-padrão e peças para cravação destes; • Martelo com 65 kg e haste guia; • Abraçadeiras para revestimento; • Abaixadores e alçadores para hastes; • Pescador; • Saca-tubos; • Bomba-balde (baldinho com válvula de pé); • Cabeça de bater; • Torquímetro; • Bomba d’água; • Caixa d’água ou tambor com divisória interna para decantação; • Chaves de grifo; • Metro ou Trena; • Sacos plásticos transparentes de alta resistência; • Recipientes herméticos (tipo copo) para amostras; • Parafina (selagem de amostras para determinação da umidade natural); • Etiquetas para identificação; • Medidor de nível d’água; • Ferramentas gerais necessárias à operação da aparelhagem. Variações nos itens supracitados podem ocorrer em função dos fabricantes dos equipamentos, bem como do método de execução (manual ou mecanizado). Detalhes específicos sobre as características desses equipamentos podem sem consultados diretamente na NBR 6484:2020. No caso do procedimento de martelo automático o conjunto deve ser composto por: • martelo de aço (êmbolo) de formato cilíndrico com massa de 65 kg (± 0,5 kg); INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 12 RETORNAR AO ÍNDICE • mecanismo que garanta uma altura de queda do êmbolo de 75 cm (± 1,5 cm); • sistema de guia do martelo no mesmo eixo de guia longitudinal, que assegure a centralização do impacto da queda do martelo com o mínimo de resistência. A haste guia deve ter uma marca visível distante 65 cm da base do martelo; • sistema de elevação do êmbolo mecânico/hidráulico que permita a regulagem do número de golpes por minuto (ou seja, velocidade de elevação do martelo). • Já a cabeça de bater deve ser fixada por meio de rosca na parte superior da composição de hastes de cravação, e possuir massa nominal entre 7,5 kg e 8,5 kg. Os materiais empregados no avanço da sondagemdeverão permitir a abertura de um furo com diâmetro mínimo de 100 mm (4”), podendo ser utilizados, a critério da fiscalização, o diâmetro de 63 mm (2 1/2”). A forma e a distribuição das saídas de água do trépano, bem como as características das hastes dos ensaios penetrométricos (NSPT) e de lavagem por tempo, deverão ser idênticas para todos os equipamentos, durante todo o serviço de sondagem de uma empreiteira numa mesma obra. O trépano deve ser uma peça de aço terminada em bisel, dotada de duas saídas laterais para a água. Além disso, deve ter largura igual ao diâmetro do trado e comprimento mínimo de 20 cm. Para os ensaios penetrométricos as hastes deverão ser, preferencialmente, do tipo Schedule 80, retilíneas, com 25,4 mm (1”) de diâmetro interno e dotadas de roscas em bom estado, que permitam firme conexão com as luvas e massa de aproximadamente 3 kg/m. Quando acopladas, as hastes deverão formar um conjunto retilíneo. A empresa de sondagem deverá dispor de hastes com comprimentos métricos exatos variados (por exemplo: 1 m, 2 m, 3 m etc.) , a fim de facilitar as operações de início do furo e evitar emendas sucessivas (inconvenientes) em maiores profundidades. Esses comprimentos devem ser aferidos nas manobras de perfuração de modo a garantir a exata profundidade investigada. Os barriletes-amostradores deverão estar em bom estado (livre de irregularidades, indícios de oxidação etc.) , com roscas e ponteiras perfeitas e firmes, assim como não apresentar fissuras em nenhuma parte. O trépano deverá estar em bom estado, com extremidade cortante sempre afiada. De forma geral, os equipamentos podem ser inspecionados pelas partes envolvidas de forma a garantir a qualidade e atendimento às especificações do mesmo. O procedimento de perfuração deve proporcionar um furo estável e limpo antes da inserção do amostrador e deve também assegurar que o ensaio de penetração seja realizado em solo minimamente perturbado. Sempre que for utilizado revestimento durante o processo de perfuração, este não pode avançar além da cota de início da amostragem. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 13 RETORNAR AO ÍNDICE Os métodos de perfuração considerados na NBR 6484/2020 são os seguintes: a) método de perfuração com trado helicoidal; b) método de perfuração com trado oco; c) método de perfuração com tricone; d) método de perfuração wire-line com barrilete mínimo N. Algumas técnicas de perfuração produzem furos inadequados para a realização do ensaio SPT. O uso do trado helicoidal abaixo do lençol freático não é permitido. A saída de fluido de perfuração não pode estar localizada em posição que interfira no material a ser ensaiado. O revestimento não pode avançar além da cota de início da amostragem. Não é permitido o avanço da perfuração, para a próxima cota de amostragem, com o uso do próprio amostrador padrão. Em qualquer dos sistemas de perfuração utilizados não é permitido que o nível de água dentro da perfuração esteja em uma cota inferior ao nível do lençol freático do terreno A sondagem deverá ser iniciada após a limpeza e isolamento da área, permitindo o desenvolvimento de todas as operações. Deve ser aberto sulco ao redor da perfuração para desviar as águas superficiais. Quando for necessária a construção de uma plataforma, esta deverá ser totalmente assoalhada e cobrir, no mínimo, a área delimitada pelos pontos de fixação do tripé. Junto ao local de execução do furo, deverão ser cravados um piquete e uma estaca com a identificação da sondagem. O piquete servirá de ponto de referência para medidas de profundidades e para amarração topográfica. Em área com lâmina d’água, o ponto de referência deverá ser o topo do revestimento, firmemente ancorado no furo. As sondagens deverão ser iniciadas utilizando-se o trado concha ou cavadeira manual até o limite de 1,0 m de profundidade, passando-se a utilizar o trado helicoidal quando tornar-se impossível o avanço com o trado concha, a partir dessa profundidade, intercalado com a cravação do amostrador padrão, até atingir o lençol freático, exceto quando impenetrável. Deve-se inserir tubo de revestimento dotado de sapata cortante no primeiro metro. No caso de ser atingido o nível freático, ou quando o avanço do trado helicoidal for inferior a 5 cm em 10 min de operação Figura 03 – Esquema manual de tripé para realização de sondagem à percussão. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 14 RETORNAR AO ÍNDICE contínua de perfuração, poder-se-á passar para o método de percussão com circulação de água (lavagem). Para tanto, é obrigatória a cravação de revestimento. Não é permitido que, nas operações com trado, ele seja cravado dinamicamente com golpes do martelo ou por impulsão da composição de perfuração. Pode-se utilizar outros tipos de trado para perfuração desde que seja garantida a eficiência quanto à limpeza do furo, bem como quanto à não perturbação do solo no ponto de ensaio. Não é permitido o avanço da perfuração, para a próxima cota de amostragem, com o uso do próprio amostrador-padrão. Estes casos, considerados especiais, devem ser devidamente justificados no relatório definitivo. A operação de perfuração por circulação de água é realizada utilizando-se o trépano/ peça de lavagem. O material escavado é removido por meio de circulação de água, realizada pela bomba d’água motorizada por meio da composição de perfuração. A operação em si consiste na elevação da composição de perfuração em cerca de 300 mm do fundo do furo e na sua queda, que deve ser acompanhada de movimentos de rotação alternados (vai-vem), aplicados manualmente pelo operador. À medida que o trépano for se aproximando da cota de ensaio e amostragem, recomenda-se que essa altura seja progressivamente diminuída. Quando a cota de ensaio e amostragem for atingida, a composição de perfuração deve ser suspensa a uma altura de 200 mm do fundo do furo, mantendo-se a circulação de água por tempo suficiente, até que todos os detritos da perfuração tenham sido removidos do interior do furo. Os detritos pesados, não carreados com a circulação de água, deverão ser retirados com bomba-balde (conhecido como baldinho), munida de válvula de pé. Atenção especial deve ser dada para não se descer o tubo de revestimento à profundidade além do comprimento perfurado. Toda vez que for descida a composição de perfuração com o trépano ou que for instalado um novo segmento de tubo de revestimento, os comprimentos das hastes e revestimentos devem ser medidos. O controle das profundidades do furo, com precisão de 1 cm, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra delas em relação ao piquete de referência fixado junto à boca do furo. Durante a perfuração, caso a parede do furo se mostre instável, devem-se adotar medidas que assegurem a limpeza do furo e a estabilização do solo na cota de ensaio. Esta estabilização é realizada por meio do uso de tubo de revestimento, fluido de estabilização como lama bentonítica, polímeros ou similares. O tubo de revestimento deve ficar a uma distância de no mínimo 100 mm acima da cota de ensaio, quando da operação de ensaio e amostragem. Durante a operação de perfuração, devem ser anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame tátil-visual e da mudança de coloração de materiais trazidos à boca do furo pelo trado em uso ou pela água de circulação. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 15 RETORNAR AO ÍNDICE No caso de a sondagem atingir o nível freático, a sua profundidade deverá ser anotada. Quando ocorrer artesianismo não surgente, deverá ser registrado o nível estático; no caso de artesianismo surgente, além do nível estático, deverão ser realizadas medidas da vazão e do respectivo nível dinâmico. Durante todas as operações da perfuração,deve-se manter o nível d’água no interior do furo, em cota igual ou superior à do nível d’água do lençol freático encontrado e correspondente. Os níveis d’água (estático/dinâmico) deverão ser medidos todos os dias, antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte à conclusão da sondagem. A critério da fiscalização, a última medida poderá ser feita seis horas depois de concluída a sondagem. Atenção especial deve ser dada na ocorrência lençóis freáticos independentes, distintos e intercalados, quando se faz necessário o adequado manejo de revestimento e do processo de perfuração. A sondagem à percussão será terminada nos seguintes casos: • quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços; • quando ocorrer a condição de impenetrabilidade; • quando estiver prevista sua continuação pelo processo rotativo. Salvo orientação contrária, imediatamente após a última leitura do nível d’água, ou após o encerramento da sondagem, o furo deverá ser totalmente preenchido com solo, solo-cimento ou outro material a critério da fiscalização, deixando-se cravada no local uma estaca com identificação da sondagem. Após o término da sondagem, deve ser feito o máximo rebaixamento possível da coluna d’água interna do furo com auxílio do baldinho. Decorridas no mínimo 12 h após o encerramento da sondagem e retirada do tubo de revestimento, e estando o furo não obstruído, deve ser indicada a posição do nível d’água no furo de sondagem, bem como a profundidade até onde o furo permanece aberto. Caso haja a necessidade de uma avaliação acurada das condições hidráulicas do subsolo (dos diferentes lençóis) para atender aos requisitos do projeto, poços, medidores de nível d’água e/ou piezômetros podem ser instalados, sendo este procedimento objeto de serviço específico não estando no escopo da Norma 6484/2020. É possível usar o furo de sondagem para instalação de equipamentos de monitoramento múltiplos, como por exemplo, medidor de nível d’água, piezômetro ou inclinômetro aproveitando o furo; o diâmetro deve ser compatível com os instrumentos a serem instalados. Em algumas situações, a fiscalização poderá solicitar o tamponamento do furo com injeção de calda de cimento a baixa pressão, de maneira ascendente (sentido fundo da sondagem para a boca da sondagem). A profundidade do SPT deve ser verificada a cada ensaio. O ensaio de penetração padronizado, INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 16 RETORNAR AO ÍNDICE também denominado Standard Penetration Test (SPT), é executado no transcorrer da sondagem à percussão, com o propósito de se obter índices de resistência à penetração do solo. Para determinação do torque (SPT-T) a ser empregado na definição das características do terreno recomenda-se consultar os trabalhos de Ranzini (1988), Decourt e Quaresma Filho (1994), Ranzini (1994) e Alonso (1994). O ensaio de penetração deverá ser executado a cada metro, a partir de 1 m de profundidade da sondagem, ou conforme especificação da fiscalização. O amostrador-padrão, conectado à composição de cravação, deve descer livremente no furo de sondagem até ser apoiado suavemente no fundo, devendo- se cotejar a profundidade correspondente com a que foi medida na operação anterior. O fundo do furo deverá estar limpo antes da execução do ensaio. Caso se observem desmoronamentos da parede do furo, o tubo de revestimento deverá ser cravado de tal modo que sua boca inferior nunca fique a menos de 10 cm acima da cota do ensaio penetrométrico. Nos casos em que, mesmo com o revestimento cravado, ocorrer fluxo de material para o furo, o nível d’água no furo deverá ser mantido acima do nível do terreno por adição de água. Nestes casos, a operação de retirada do equipamento de perfuração deverá ser feita lentamente. Caso haja discrepância entre a cota atingida na perfuração e a cota de ensaio (ficando o amostrador mais de 20 mm acima da cota de fundo atingida no estágio de perfuração), a composição deve ser retirada, repetindo- se a operação de limpeza do furo. Após o posicionamento do amostrador-padrão conectado à composição de cravação, colocasse a cabeça de bater e, utilizando- se o tubo de revestimento como referência (ou outro referencial) , marca-se na haste um comprimento de 45 cm divididos em três segmentos iguais de 15 cm. Caso a haste se movimente (penetre no solo) apenas com o peso próprio da composição de cravação, deve-se anotar a penetração do amostrador no solo utilizando a representação de (PH)/(centímetros penetrados). Em seguida, deve-se apoiar cuidadosamente o martelo e registrar o avanço estático. Caso ocorra o avanço, deve-se registrar (PM)/ (centímetros penetrados). Nas situações de solos muito moles, em que se saiba a priori que o avanço da composição poderá ocorrer somente pelo efeito do peso das hastes (PH) ou pelo peso do martelo (PM), a contratante pode solicitar que o operador limite o avanço da composição a 45 cm, e que seja coletada uma amostra para determinação do teor de umidade do solo. O ensaio de penetração consistirá na cravação do barrilete-amostrador, através do impacto de um martelo de 65 kg, caindo livremente de uma altura de 75 cm sobre a composição de hastes. Esses equipamentos devem estar certificados, aferidos e calibrados. A elevação do martelo até a altura de 75 cm, marcada na haste-guia, deve ser feita por meio de cabo têxtil com diâmetro de 19 mm a 25 mm, de modo a se encaixar com folga no sulco da roldana da torre de forma a INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 17 RETORNAR AO ÍNDICE permitir a queda livre do martelo. Os eixos longitudinais do martelo e da composição de cravação com amostrador devem ser rigorosamente coincidentes. O martelo para cravação do amostrador deverá possuir uma haste-guia, na qual deverá estar claramente assinalada a altura de 75 cm. Em torno da haste-guia, num recesso circular, deverá estar alojado um coxim de madeira-de-lei, com as fibras paralelas à haste-guia, para que o impacto com a composição não se dê diretamente entre os aços. O martelo deverá ser erguido manualmente, com auxílio de uma corda e polia, fixas no tripé. É vedado o emprego de cabo de aço para erguer o martelo. A queda do martelo deverá se dar verticalmente sobre a composição, com a menor dissipação de energia possível. O barrilete deverá ser apoiado suavemente no fundo do furo, confirmando-se que sua extremidade se encontre na cota desejada e que as conexões entre as hastes estejam firmes e retilíneas. A ponteira do amostrador não poderá estar fissurada ou amassada. Colocado o barrilete no fundo, deverão ser assinalados com giz, na porção da haste que permanecer fora do revestimento, três trechos de 15 cm cada um, referidos a um ponto fixo do terreno. A seguir, o martelo deverá ser suavemente apoiado sobre a composição de hastes, anotando-se a eventual penetração do amostrador no solo. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, após a realização dos procedimentos já informados, deve-se realizar a cravação do amostrador-padrão até completar os 45 cm de penetração por meio de impactos sucessivos do martelo padronizado caindo livremente de uma altura de 75 cm, anotando-se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada segmento de 15 cm do amostrador-padrão. Deverá ser anotado o número de golpes e a penetração em centímetros para a cravação de cada 15 cm do barrilete; caso ocorram penetrações superiores a 15 cm estas deverão ser anotadas, não se fazendo aproximações. Nesse caso, deve ser registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrando-se o comprimento penetrado (por exemplo, três 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 paraa cravação atingir 45 cm ou, com o último golpe, ultrapassar este valor. Após o término de cada ensaio SPT, a sondagem será prosseguida até a cota do novo ensaio. O valor da resistência à penetração consistirá no número de golpes necessários à cravação dos 30 cm finais do barrilete- amostrador. Quando a cravação atingir 45 cm, o índice de resistência à penetração N é expresso como a soma do número de golpes requeridos para a segunda e a terceira etapas de penetração de 15 cm, adotando-se os números obtidos nestas etapas mesmo quando a penetração não tiver sido de exatos 15 cm, como descrito INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 18 RETORNAR AO ÍNDICE em 5.3m. A cravação do amostrador- padrão, nos 45 cm previstos para a realização do SPT, deve ser contínua e sem aplicação de qualquer movimento de rotação nas hastes. A cravação do barrilete será interrompida quando se em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30 ou se o amostrador-padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. Quando a penetração for interrompida, o resultado da cravação do amostrador é expresso pelas relações entre o número de golpes e a penetração correspondente. 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. No caso de o ensaio ser executado por método mecanizado deve-se indicar claramente no boletim esta prática, bem como as características técnicas da máquina para que se possa fazer a correção de energia do ensaio com eficácia. A cravação do amostrador- padrão é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações: (a) se em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 40; (b) se o amostrador-padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. 3.2.1 Critério de Paralização O critério de paralisação das sondagens é de responsabilidade técnica da contratante ou de seu preposto, e deve ser definido de acordo com as necessidades específicas do projeto. Na ausência do fornecimento do critério de paralisação por parte da contratante ou de seu preposto, as sondagens devem avançar até que seja atingido um dos seguintes critérios: • Avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 10 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 25 golpes; • Avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 8 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 30 golpes; • Avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 6 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 35 golpes. 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, desde que haja uma justificativa geotécnica ou solicitação do cliente. Quando forem atingidas as condições descritas de paralisação e após a retirada da composição com o amostrador, deve em seguida ser executado o ensaio INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 19 RETORNAR AO ÍNDICE de avanço da perfuração por circulação de água. O ensaio deve ter duração de 30 min, devendo-se anotar os avanços do trépano/peça de lavagem obtidos em cada período de 10 min. A sondagem deve ser dada por encerrada quando, no ensaio de avanço da perfuração por circulação de água, forem obtidos avanços inferiores a 50 mm em cada período de 10 min. Quando da ocorrência destes casos, constar no relatório a designação de impenetrável ao trépano/ peça de lavagem. Caso haja necessidade técnica de continuar a investigação do subsolo até profundidades superiores àquelas limitadas ao impenetrável, o processo de perfuração por trépano e circulação de água deve prosseguir até que sejam atingidas as condições expressas ao impenetrável por lavagem, devendo, então, a seguir ser substituído pelo método de perfuração rotativa. Caso ocorra a situação do amostrador- padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos ao martelo, antes da profundidade de 3 m, a sondagem deve ser deslocada no mínimo duas vezes para posições diametralmente opostas, a 2 m da sondagem inicial, ou conforme orientação do cliente ou seu preposto. As amostragens deverão ser representativas dos materiais atravessados e livres de contaminação. A cada metro de perfuração, a partir de 1 m de profundidade, devem ser colhidas amostras dos solos por meio do amostrador-padrão, com execução de SPT. Deve ser coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado durante a perfuração até 1 m de profundidade, procurando identificar a espessura da camada com presença significativa de raízes quando for o caso. 3.2.2 Critério de Amostragem As amostras obtidas nas sondagens à percussão poderão ser dos seguintes tipos: • amostras de barrilete-amostrador SPT, com cerca de 200 g, constituídas pelos 15 cm superiores do material obtido no amostrador. Sempre que possível, a amostra do corpo do barrilete deve ser acondicionada mantendo-se intactos os cilindros de solo obtidos; • amostras de trado, com cerca de 500 g, constituídas por material obtido durante a perfuração e coletadas na parte inferior das lâminas cortantes do trado; • amostras de lavagem, com cerca de 500 g, obtidas pela decantação de água de circulação, em recipientes com capacidade mínima de 100 L. Neste processo de amostragem, é vedada a prática de coleta do material acumulado durante o avanço da sondagem, em recipiente colocado junto à saída da água de circulação; As amostras obtidas nas sondagens à percussão poderão ser dos seguintes tipos: • amostras de baldinho, com cerca de 500 g, constituídas por material obtido na bomba-balde (baldinho com válvula de pé). INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 20 RETORNAR AO ÍNDICE • Quando houver mudança de camada junto à cota de execução do SPT ou quando a quantidade de solo proveniente do bico do amostrador-padrão for insuficiente para sua classificação, recomenda-se também o armazenamento de amostras colhidas do corpo do amostrador-padrão. • Excetuando-se as amostras de barrilete, deve ser coletada, no mínimo, uma amostra para cada metro perfurado. Deverão ser coletadas tantas amostras quantas forem os diferentes tipos de materiais. As amostras acondicionadas em copos e sacos plásticos (demais amostras) serão colocadas em caixas de madeira ou de plástico, de tipo e dimensões usados em furos rotativos de diâmetro BW, conforme (Anexo 3). As caixas de madeira deverão ser providas de tampa com dobradiças. Na tampa e num dos lados menores da caixa, deverão ser anotados, com tinta indelével, os seguintes dados: • número do furo; • nome da obra e cliente; • local; • número da caixa e número de caixas do furo. Quando a sondagem à percussão for seguida por sondagem rotativa, deve ser utilizada caixa de amostra apropriada para o diâmetro da sondagem rotativa programada, de forma a acondicionar as amostras por ambas as metodologias, sequencialmente. As amostras serão coletadas desde o início do furo e acondicionadas na caixa, com separação de tacos de madeira ou outro dispositivo, pregados na divisão longitudinal. A sequência de colocação das amostras na caixa iniciar-se-á no lado da dobradiça ou no caso de caixas de plástico da esquerda para a direita. A profundidade de cada trecho amostrado deve ser anotada, com caneta esferográfica ou tinta indelével, no taco do lado direito da amostra. No lado direito da última amostra do furo deve ser colocado um taco adicional com a palavra “fim”. Deverá ser anotado no boletim de sondagem o quanto do material amostrado foi recuperadoa cada manobra, sendo informado em % (Recuperação = Trecho de Material Recuperado / Manobra). Cada metro perfurado à percussão, com exceção do primeiro, deve estar representado na caixa de amostra por duas porções de material, separadas por tacos de madeira, sendo a primeira com amostra de penetrômetro e a segunda, com amostra de trado, lavagem ou bomba-balde (baldinho). Não havendo recuperação de material no barrilete, o local da amostra na caixa deve ser preenchido com um taco de madeira com as palavras “não recuperou”. Nos casos em que haja mudança de camada junto à cota de execução do SPT ou quando a quantidade de solo proveniente do bico do amostrador-padrão for insuficiente para sua classificação, recomenda-se também o armazenamento de amostras colhidas do corpo do amostrador-padrão. Deve-se anotar esse procedimento claramente no boletim. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 21 RETORNAR AO ÍNDICE A cada ensaio de penetração, cerca de 100 g da amostra, deverá ser imediatamente acondicionada em recipientes de vidro ou plástico rígido, com tampa, de forma que o frasco fique hermético, parafinado ou selado com fita colante. Esta amostra deve ser identificada por duas etiquetas em papel cartão ou adesivo vinil, sendo uma interna e a outra colada na parte externa do recipiente, onde constem: • nome da obra e cliente; • nome do local; • número da sondagem; • número da amostra e profundidade da amostra; • número de golpes e penetração do ensaio; • data; • operador. As anotações devem ser feitas com caneta esferográfica ou tinta indelével; as etiquetas devem ser protegidas com sacos plásticos contra avarias no manuseio da amostra. Estes recipientes devem ser acondicionados em caixas apropriadas para transporte ou, de preferência em caixa especificada anteriormente. As caixas de amostras deverão permanecer guardadas à sombra, em local ventilado, até o final da sondagem, quando serão transportadas para o local indicado pela fiscalização. A fiscalização deverá sancionar a representatividade dos materiais obtidos na amostragem. No caso de baixa qualidade ou não representatividade do mesmo, ou seja, nos casos em que as amostras não atendam às necessidades do projeto, deverá ser avaliada a possibilidade de nova coleta. Essa decisão ocorrerá caso seja confirmada que a não representatividade seja consequência de característica geológica do material e não meramente uma questão operacional da sondagem. As amostras devem ser conservadas pela empresa executora, à disposição do contratante, por um período mínimo de 60 dias, a contar da data da apresentação do relatório. 3.4 Sondagem Rotativa com Recuperação de Amostra A sondagem rotativa permite através da ação perfurante dada basicamente por forças de penetração e rotação, a investigação e o reconhecimento de rochas e solos, permitindo a retirada de amostras da rocha atravessada, que, conjugadas, atuam com poder cortante, podendo atingir grandes profundidades (Oliveira e Brito, 1998). Os resultados das sondagens são apresentados em relatório, com planta do local e indicação dos pontos perfurados, perfis geológicos geotécnicos de cada sondagem, contendo as informações da obra, número, inclinação e rumo da sondagem, data de início e término, cota do furo e nível d’água quando encontrado, profundidade e cotas na vertical, diâmetros de sondagem e profundidade dos revestimentos, comprimento de cada INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 22 RETORNAR AO ÍNDICE manobra, recuperação dos testemunhos, alteração, coerência, fraturamento, RQD, descontinuidades, classificação e interpretação geológica. Figura 04 – Caixa de armazenamento de testemunhos de sondagem rotativa com recuperação. Os barriletes são tubos com diâmetros compatíveis, inseridos entre a coroa e as hastes, destinados a acomodar e proteger os testemunhos. Existem diversos tipos, porém recomenda-se a utilização de barriletes duplo-livres ou triplos, de modo a atender aos níveis de recuperação exigidos. O barrilete duplo-livre ou duplo- giratório é constituído por dois tubos. Entre as partes da cabeça do barrilete, onde os tubos são rosqueados, existe um sistema de rolamentos. Assim, enquanto o tubo externo gira com a coluna de perfuração, o tubo interno permanece estacionário ou gira lentamente. O testemunho fica protegido do atrito com a parede do barrilete e o contato do testemunho com o fluido de circulação se dá entre a extremidade do tubo interno e a face da coroa. Existem variações desse barrilete, com saída do fluido de circulação na face interna da coroa (saída lateral) ou na parte inferior (saída frontal) , para obter recuperação de boa qualidade de maciço alterado e muito fraturado. É utilizado também quando se pretende recuperar materiais de preenchimento de fraturas com coroa de paredes finas (com saída d’água frontal e prolongador de tubo interno até 3 mm da coroa) que permite elevada recuperação de testemunhos, principalmente quando combinados com a habilidade do profissional e pressão de avanço cuidadosa. Já o barrilete de tubo interno removível, usado no sistema wire-line, possibilita alta produção com dispositivos especiais que permitem a retirada do tubo interno, contendo o testemunho, por dentro da coluna de perfuração, sem a necessidade de removê- la. Esse tipo de barrilete é muito utilizado em sondagens mais profundas, como é o caso nas investigações de pesquisa mineral. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 23 RETORNAR AO ÍNDICE No caso de baixa qualidade na amostragem deve ser verificadas questões que envolvem desde a qualificação da equipe até a necessidade do uso de técnicas secundárias para apoio à operação. Como sugestão, lista-se abaixo as verificações: (1) Atuação de profissionais com domínio técnico dos equipamentos e habilidade para operá-los em maciço rochoso de difícil amostragem, como por exemplo, maciços rochosos alterados e/ou muito fraturados; (2) Utilização de barrilete duplo-livre com luva para o testemunho, especialmente indicado para trechos de rochas muito fraturadas ou zonas de falhas encaixadas em rochas duras; Utilização de diâmetros HW ou 86 mm, barrilete duplo-livre e coroa de paredes finas, saída d’água frontal, ao invés de barrilete duplo-livre e coroa tradicional de diâmetro NW; Aplicação de técnicas de injeção de espuma de bolhas de ar (air-bubble) ou de soluções de polímeros com fluídos de perfuração, nos trechos de maior dificuldade e onde não houve sucesso com os procedimentos anteriores. O uso dessa técnica deve considerar se há restrições quanto a possível contaminação da amostra por utilização desses matéria. A sondagem deverá ser iniciada após a limpeza e isolamento da área, permitindo o desenvolvimento de todas as operações. Deve ser aberto sulco ao redor da perfuração para desviar as águas superficiais. Quando for necessária a construção de uma plataforma, esta deverá ser totalmente assoalhada. A sonda deverá ser firmemente ancorada Figura 05 – Amostra coletada a partir do barrilete na sondagem rotativa. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 24 RETORNAR AO ÍNDICE no terreno, de maneira a minimizar as vibrações e sua consequente transmissão para a composição da sondagem. Junto ao local de execução do furo, deverão ser cravados um piquete e uma estaca com a identificação da sondagem. O piquete servirá de ponto de referência para medidas de profundidades e para amarração topográfica. Em área com lâmina d’água, o ponto de referência deverá ser o topo do revestimento, firmemente ancorado no furo. No caso de sondagem inclinada, o posicionamento e o ajuste da sonda deverão ser realizados com o auxílio de bússola e clinômetro, de modo a respeitar rigorosamente o azimute e a inclinação prevista no programa de sondagens. Deve- se atentar paraa interferência magnética que os equipamentos podem causar na agulha da bússola. Sendo a superfície do terreno não rochosa, em solo, pode ser realizada a execução de sondagem à percussão, com ensaios SPT e recuperação do solo com avanço da sondagem rotativa, ou a amostragem contínua, as camadas de solo são perfuradas com barrilete duplo e com pouca utilização de água. O primeiro caso só é possível em sondagens verticais. Deverão ser empregados, com a anuência da fiscalização, todos os recursos das sondagens rotativas, de maneira a assegurar a melhor recuperação de todos os materiais atravessados, entre eles: a redução de vibração do equipamento mediante a correta ancoragem da perfuratriz; emprego de hastes retilíneas; utilização de equipamentos e acessórios apropriados às condições geológicas; emprego de fluidos (exceto onde serão realizados ensaios de permeabilidade devido à possibilidade da colmatação); realização de manobras curtas e adequação da velocidade de perfuração. A recuperação de testemunhos, especialmente em trechos do maciço rochoso muito a extremamente alterados e/ou muito fraturados, pode ser obtida com a escolha adequada de barrilete, coroas e caixas de mola, bem como o avanço lento e redução do volume de água, sob controle de um sondador experiente. Sondas com avanço hidráulico são apropriadas para avaliar a resistência da rocha através da velocidade de perfuração, pois a pressão sobre a coroa pode ser mantida constante durante a execução da sondagem. Entretanto, mesmo com a utilização dos recursos descritos no item 5.2(e), caso não seja obtida boa recuperação, fica a critério da fiscalização a aceitação do furo. Alternativamente, o furo poderá ser objeto de perfilagem óptica digital ou sônica. No caso de avanço da perfuração ser efetuado com sonda rotativa em trechos de solo, deverá ser adotada uma baixa rotação e baixa pressão na bomba de circulação d’água, de maneira a assegurar a máxima recuperação dos materiais atravessados. Caso exista restrição do uso de água para subsidiar a sondagem rotativa e se observada dificuldade do avanço, a questão deverá ser tratada entre as partes envolvidas, bem como a alternativa ao método. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 25 RETORNAR AO ÍNDICE Constituem elementos de interesse e que devem ser informados: o registro das características da sonda rotativa e da coluna de perfuração utilizadas, o tempo de realização das manobras, o tipo da coroa (diamante ou widia), bem como a avaliação da pressão aplicada sobre a composição, sua velocidade de rotação, velocidade de avanço, pressão e vazão da água de circulação. A sequência de diâmetros a ser utilizada deverá ser estabelecida pela fiscalização e somente poderá ser alterada mediante sua autorização, por comprovada necessidade técnica. Em princípio, o diâmetro inicial ideal será H e o mínimo deve ser N, sabendo-se que diâmetros maiores são indicados em material decomposto e rocha alterada. A empresa deve ter recursos logísticos no campo (barriletes e material cortante) para, eventualmente, reduzir o diâmetro para B – se solicitado pela fiscalização. O controle da profundidade do furo, com precisão de 1 cm, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra delas em relação ao piquete de referência fixado junto à boca do furo. Caso seja atingido o nível freático sua profundidade deverá ser anotada. Quando ocorrer artesianismo não-surgente, deverá ser registrado o nível estático; no caso de artesianismo surgente, além do nível estático, deverão ser medidas a vazão e o respectivo nível dinâmico. Os níveis d’água (estático/dinâmico) deverão ser medidos todos os dias, antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte à conclusão da sondagem. Quando houver o interesse na obtenção de uma medida de nível piezométrico em qualquer trecho do furo em andamento, a fiscalização poderá solicitar a instalação, em cota determinada, de um obturador durante o intervalo entre dois turnos de perfuração. Nesse caso, no reinício dos trabalhos serão medidos níveis d’água interno à tubulação do obturador e externo a ele. Salvo orientação contrária, imediatamente após a última leitura de nível d’água, quando houver, ou após o encerramento da sondagem, o furo deverá ser tamponado com solo ou solo- cimento, deixando-se cravada no local uma estaca com a identificação da sondagem. Nos furos em sítios de barragens, o preenchimento deverá ser feito com coulis (mistura) de cimento e bentonita no traço de 10:1, vertida a partir do fundo do furo com auxílio de um tubo tremie, que será levantado à medida de seu preenchimento. 3.4.1 Critério de Amostragem A amostragem deverá ser contínua e total, mesmo em materiais incoerentes ou muito fraturados, permitindo ao geólogo buscar informações geológicas de interesse à caracterização do maciço rochoso. Os testemunhos não deverão se apresentar fraturados ou roletados pela ação mecânica do equipamento de sondagem. Quando ocorrerem as quebras mecânicas essas deverão ser identificadas na caixa de testemunhos. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 26 RETORNAR AO ÍNDICE As operações de retirada das amostras do barrilete e acondicionamento nas caixas deverão ser feitas cuidadosamente, de maneira a serem mantidas as posições relativas dos testemunhos coletados, recompondo-se, tanto quanto possível a situação natural anterior à perfuração. Deve-se atentar à relação entre o trecho perfurado e o comprimento total do testemunho obtido, conhecida como recuperação, que deverá ser calculada e expressa em porcentagem, não podendo ser inferior a 95% por manobra, exceto quando autorizado pela fiscalização. Caso seja necessário quebrar o testemunho para acondicioná-lo na caixa de amostra, o local da quebra deverá ser assinalado por dois riscos paralelos, com tinta indelével, traçados transversalmente à quebra. Sendo necessário esse critério para a determinação correta do índice de qualidade da rocha ou RQD (Rock Quality Designation). O RQD representa a relação entre a soma de todos os fragmentos de material rochoso maiores que 10 cm e o comprimento total do furo (x 100). As amostras serão acondicionadas em caixas, conforme Figura. Nos casos de serem acondicionadas amostras com diversos diâmetros numa mesma caixa, deverão ser colocados calços no fundo e nas laterais das divisões das caixas, de maneira a garantir a imobilidade dos testemunhos durante o manuseio. As caixas deverão ser providas de tampa. Figura 06 – Forma de organização e armazenamento dos testemunhos na caixa de sondagem, conforme ABGE. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 27 RETORNAR AO ÍNDICE Os testemunhos serão acondicionados nas caixas, após cada manobra, com separação de tacos de madeira ou outro dispositivo, afixado transversalmente na canaleta. A sequência de colocação das amostras na caixa se inicia no lado da dobradiça ou, no caso de caixas de plástico, da esquerda para a direita, com a parte superior da manobra ao seu lado esquerdo. As amostras subsequentes deverão ser colocadas na caixa, sempre respeitando a sequência crescente de profundidade das amostras, ou seja, da esquerda para a direita. No último taco, colocado após a última manobra do furo, deverá constar, além da profundidade final do furo, a palavra “Fim”. Trechos que não tenham sido recuperados no processo de perfuração deverão ser identificados na caixa, no local correspondente à manobra, com um taco de madeira ou material igualmente duradouro com a indicação “Não recuperado”. Caso tenham sido coletadas amostras para ensaios laboratoriais durante o processo de perfuração, deverá ser indicada na caixa o trecho amostrado bem como o tipo de amostrador utilizado. Figura 07 – Representação real da amostragem e manobras resultante de sondagemrotativa em rocha. Todas as caixas contendo os testemunhos de sondagens rotativas deverão ser fotografadas em meio digital. As fotos deverão ser tiradas com no máximo 2 caixas por foto, de tal forma que as 2 caixas ocupem 80% da área de cada foto. A tomada das fotos deverá ser perpendicular em relação às caixas dos testemunhos e caso necessário, deve-se adotar uma escala. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 28 RETORNAR AO ÍNDICE 3.5 Sondagem Mista (SPT + Rotativa) As sondagens mistas, por definição, contemplam ensaios SPT no trecho inicial (0,45 m), seguida de sondagem rotativa com recuperação no trecho final (0,55 m) da manobra, até o limite do impenetrável, seguindo-se as diretrizes vigentes. Após isso, segue-se com sondagem rotativa com recuperação até atingir material rochoso ou à critério da fiscalização baseando- se no estabelecido em projeto. Para o trecho em rocha das sondagens mistas e para as sondagens rotativas deverão ser atendidas as diretrizes expostas no Manual de Sondagens da ABGE. A sondagem deverá ser iniciada somente após locação da mesma por equipe topográfica por meio de piquetes e estaca com indicação do furo programado e coordenadas em UTM e com indicação do DATUM considerado (SIRGAS2000, preferencialmente). Em terreno seco, a sondagem deverá ser iniciada após a limpeza de uma área que permita o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos e a abertura de um sulco ao redor, que desvie as águas de enxurradas, no caso de chuva. A sonda deverá ser firmemente ancorada no terreno, de maneira a minimizar as vibrações e a consequente transmissão para a composição da sondagem. Em terreno alagado ou coberto por lâmina de água de grande espessura, a sondagem deverá ser feita a partir de plataforma fixa ou flutuante, firmemente ancorada, totalmente assoalhada, que cubra, no mínimo, a área delimitada pelos pontos de apoio do tripé, acrescida das áreas necessárias para instalação dos demais equipamentos. Junto ao local onde será executada a sondagem, deverá ser cravado um piquete com a identificação da sondagem, que servirá de ponto de referência para medidas de profundidade e para fins de amarração topográfica. Em área com lâmina de água, o ponto de referência deverá ser o topo do revestimento, firmemente ancorado no furo, cuja cota deverá ser fornecida pela equipe de topografia. Deverão ser empregados todos os recursos das sondagens rotativas, de maneira a assegurar a perfeita recuperação de todos os materiais atravessados. Os principais recursos são: escolha de equipamentos e acessórios apropriados às condições geológicas, realização de manobras curtas e adequação da velocidade de perfuração às características geológicas da rocha perfurada. A alta recuperação de testemunho, especialmente de trechos de maciços rochosos extremamente alterados e/ou muito fraturados, pode ser conseguida com emprego de sonda rotativa de avanço manual, sob controle de um bom sondador. Sondas com avanço hidráulico são mais apropriadas para avaliar a resistência da rocha através da velocidade de perfuração, pois a pressão do hidráulico pode ser mantida constante durante a execução da sondagem. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 29 RETORNAR AO ÍNDICE Constituem elementos de interesse: o registro das características da sonda rotativa e da coluna de perfuração utilizadas, o tempo de realização das manobras, as características da coroa (quilatagem, pedras por quilate, tipo, tempo de uso, etc.) , bem como a avaliação da pressão aplicada sobre a composição, sua velocidade de rotação, velocidade de avanço, pressão e vazão da água de circulação. Quando, no avanço da sondagem rotativa, ocorrer mais de 50 cm de material mole ou incoerente, salvo especificação em contrário, deverá ser executado um ensaio de penetração SPT, seguido de outros a intervalos de 1 m, até serem atingidas novamente as condições de impenetrável, conforme ressaltado no subcapítulo de sondagem a percussão. O controle da profundidade do furo, com precisão de 1 cm, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra delas em relação ao piquete de referência fixado junto à boca do furo. No caso de a sondagem atingir o nível freático, a sua profundidade deverá ser anotada. Quando ocorrer artesianismo não surgente, deverá ser registrado o nível estático; no caso de artesianismo surgente, além do nível estático, deverão ser medidas a vazão e o respectivo nível dinâmico. Os níveis de água (estático/ dinâmico) deverão ser medidos todos os dias, antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte à conclusão da sondagem. 3.6 Sondagem Rotativa Destrutiva A sondagem rotativa destrutiva é baseada na sondagem com avanço do barrilete, porém, sem recuperação do trecho perfurado. Neste caso, o material perfurado não é relevante para o cliente e passa a ser “destruído” com o emprego de alta rotação, rápido avanço e grande pressão da unidade rotativa. Comumente é utilizada a pressão da bomba de água da sonda para efetuar a limpeza e lavagem constante do furo, desta forma, retirando instantaneamente o material destruído. Uma das grandes vantagens desse tipo de sondagem é o rápido avanço, visto que a quantidade de manobras é reduzida em relação à sondagem com recuperação de testemunhos. Nos casos em que a lavagem completa do furo não é possível, faz-se o “embuchamento” do material via barrilete. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 4 Cone Penetration Test (CPT) e Piezocone (CPTU) INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 31 RETORNAR AO ÍNDICE Os ensaios CPT (Cone Penetration Test) e CPTu (Piezocone com medição da pressão intersticial) são considerados internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica. O princípio do ensaio consiste na cravação no terreno de uma ponteira cónica (60º de ângulo de abertura) a uma velocidade constante de 20mm/s. A secção transversal do cone apresenta uma área de 10cm2 (a mais comum e utilizada). No ensaio CPT medem-se a resistência de ponta e lateral: qc e fs. No ensaio CPTU mede-se ainda a poropressão. Ensaios de dissipação do excesso de poropressão geradas durante a cravação do piezocone podem ser interpretados para a obtenção do coeficiente de adensamento horizontal Ch. O CPT pode ser usado em argilas muito moles a areias compactas, mas não é particularmente apropriado para cascalhos ou terrenos de alteração de rocha. O ensaio fornece números mais precisos e confiáveis para análise mesmo sem amostragem de solo. A maioria dos cones elétricos/ eletrônicos requer um cabo que é enroscado através das hastes e são conectados à uma fonte de alimentação e ao sistema de aquisição de dados na superfície. Um conversor analógico-digital e um notebook são suficientes para coletar dados em intervalos aproximados de 1 segundo. As profundidades são monitoradas usando um potenciômetro (LVDT). Os sistemas podem ser alimentados por tensão usando o gerador (CA) ou bateria (DC), ou, alternativamente, executado na corrente elétrica convencional. Figura 08 – Desenho esquemático do cone utilizado no ensaio. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 5 Ensaios de Permeabilidade em Campo INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 33 RETORNAR AO ÍNDICE Os ensaios de permeabilidade em solos são correntemente realizados em Geologia de Engenharia e Ambiental com a finalidade de se determinar os coeficientes de permeabilidade dos terrenos objeto de estudos para implantação ou consolidação de obras civis e/ou projetos ambientais. São realizados com frequência em locais de projetos de barragens, de túneis, para implantação de aterros sanitários, para investigação em áreas contaminadas, etc. Em menor escalasão usados em outros tipos de obras, como canais e estradas. São, frequentemente, executados em furos de sondagem a percussão, poços de monitoramento e piezômetros, onde são conhecidos, genericamente, como “ensaios de infiltração”. Com menor frequência são aplicados em poços de inspeção e cavas abertas em solo. Estes ensaios não utilizam sistemas de observação da variação das cargas piezométricas nas imediações do furo onde se realiza o ensaio. Por esta razão, os ensaios objeto destas diretrizes são também conhecidos como “ensaios pontuais”. Neste aspecto, assemelham-se aos “ensaios de perda d’agua sob pressão”, também pontuais. Estes “ensaios de perdas d’agua sob pressão” aplicados nos maciços rochosos (OLIVEIRA et al., 1975), juntamente com os “ensaios de infiltração”, perfazem o conjunto de ensaios de permeabilidade comumente usados pela Geologia de Engenharia e Ambiental para caracterização hidráulica e hidrogeotécnica dos terrenos naturais e/ ou artificiais. 5.1 Permeabilidade em Solos Em sondagens revestidas, o trecho de ensaio corresponde ao intervalo entre o final do revestimento e o fundo do furo. Em sondagens não revestidas, nos ensaios a nível constante, o trecho de ensaio corresponde ao intervalo entre a posição do nível d’água e o fundo do furo, e nos ensaios a nível variável o trecho de ensaio varia com a carga. Neste caso, recomenda- se considerar, para cálculo, o trecho de ensaio como sendo aquele compreendido entre a posição do nível d’água na metade do tempo necessário para o rebaixamento considerado no cálculo e o fundo do furo. É conveniente a escolha de trechos tanto maiores quanto menor for a permeabilidade estimada, de maneira a permitir uma medida mais fácil da vazão. O gráfico orientativo da figura a seguir apresenta a grandeza da vazão em função da permeabilidade (K) esperada e da carga atuante (h), para trecho de ensaio de 1 m em furos com diâmetro de 6,35 cm (2 1/2”). A escolha de trechos, tanto menores quanto menos coesivo for o solo a ser ensaiado, pode eliminar, ou minimizar, problemas de desmoronamento. O limite é a execução do ensaio no fundo do furo (paredes totalmente revestidas). Contudo, os resultados de ensaios executados nestas condições estão sujeitos a erros importantes devido à pequena área ensaiada (influência de pequenas estruturas locais) e à possibilidade de INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 34 RETORNAR AO ÍNDICE decantação de finos no fundo do furo, colmatando-o. Deve-se considerar ainda que, no caso de sondagens revestidas, a escolha de um trecho longo tende a minimizar o erro advindo de eventuais fugas d’água entre o revestimento e as paredes do furo. Durante a perfuração do trecho a ser ensaiado, recomenda-se o uso de água sem material em suspensão visível a olho nu. Ao se atingir a cota de ensaio, deve- se levantar um pouco a composição de perfuração e, com o revestimento posicionado na profundidade prevista, manter a circulação d’água até que a água de retorno apresente-se sem detritos ou materiais em suspensão, visíveis a olho nu. Em furos revestidos recomenda-se, durante a perfuração, não girar o revestimento ao ser aprofundado, minimizando, assim, a possibilidade de fugas d’água entre o revestimento e as paredes do furo. Especialmente em solos poucos coesivos, e abaixo do nível d’água local, deve-se procurar manter a coluna d’água na boca do furo para evitar desmoronamento das paredes. 5.1.1 Definição do Tipo de Ensaio A escolha de ensaios de bombeamento ou recuperação (descarga) exige, de início, a disponibilidade de dispositivos que, normalmente, não são necessários nos ensaios de infiltração ou rebaixamento (carga). Tais dispositivos são, basicamente, filtros que impeçam o eventual carreamento de partículas do solo do trecho ensaiado e bombas. Devido a estes requisitos, que exigem inclusive melhor infraestrutura no local, são mais raramente executados. Contudo, vale lembrar que a ocorrência de artesianismo pode se assemelhar a um ensaio de bombeamento, onde a diferença de altura entre os níveis estático e dinâmico equivale à descarga total passível de se alcançar e a vazão da surgência equivale à vazão bombeada. Sendo assim, a imposição de um nível dinâmico variável, condicionado pela variação da altura da saída da água na boca do revestimento, corresponde a um ensaio de descarga (bombeamento). Portanto, dada a maior simplicidade de execução, a escolha frequentemente recai nos ensaios de carga. Para estes ensaios, o “Manual de Sondagens” (ABGE, 2013) sugere o seguinte critério de opção entre se realizar um ensaio a nível constante (infiltração) ou a nível variável (rebaixamento): “Será feito ensaio de rebaixamento quando a carga hidráulica do trecho ensaiado for superior a 0,02 MPa (> 2 metros) e, por avaliação, o rebaixamento da água no interior do revestimento for inferior a 10 cm/min”. Figura 09 – Representação de materiais utilizados para realização do ensaio de infiltração. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 35 RETORNAR AO ÍNDICE 5.1.2 Materiais e Equipamentos O “Manual de Sondagens” (ABGE, 2013) recomenda, para os ensaios de carga, os seguintes equipamentos: a) Bomba d’água com capacidade mínima de 40 litros por minuto; b) hidrômetro calibrado, em boas condições, com divisões de escala em litros, testado no início de cada furo e sempre que houver suspeita de mau funcionamento. O hidrômetro não deve apresentar desvio superior a 10% do valor real na faixa de vazão entre 10 e 40l/min. É vedado o uso de curvas de calibração; c) tambor graduado em litros com capacidade de, aproximadamente, 200 litros; d) provetas ou latas graduadas a cada 50 centímetros cúbicos, com capacidade mínima de 1 litro; e) funil com rosca para acoplamento no revestimento, com redução mínima de 2,54 cm (1”) e diâmetro maior que 20 centímetros; f) escarificador, constituído por uma haste decimétrica de madeira com numerosos pregos sem cabeça semi-cravados; e, g) medidor de nível d’água. Nesta listagem deve-se incluir, para os ensaios que requerem bombeamento: a) bombas do tipo injetora, bomba de sucção ou bomba submersa, tubos do PVC e tela. 5.1.3 Carga Constante Enche-se o furo de água até a boca, tomando-se este instante como tempo zero. O nível de água no furo deve ser mantido constante, alimentado por uma fonte apropriada (utilizar gráfico orientativo apresentado anteriormente), medindo-se o volume de água introduzido durante certo intervalo de tempo (vazão). É aconselhável a elaboração de um gráfico onde seja lançado na abscissa o tempo e na ordenada o volume acumulado ou vazão. Tal gráfico possibilita a observação da estabilização da vazão, que é caracterizada por uma reta. Essa é a vazão que será utilizada no cálculo da permeabilidade (vazão constante). Pode-se estimar um tempo médio de 20 minutos por ensaio. 5.1.4 Carga Variável Rebaixamento Enche-se o furo de água até a boca, anotando-se este instante. Em ensaios realizados acima do nível d’água do terreno, o nível d’água do furo deve ser mantido na boca, estável, por cerca de 10 minutos, para “saturação”. Interrompe-se o fornecimento d’água, tomando-se este instante como tempo zero. Imediatamente após, e a intervalos curtos no início e mais longos em seguida (por exemplo, 15”, 30”, INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 36 RETORNAR AO ÍNDICE 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, e assim, sucessivamente), acompanha-se o rebaixamento do nível d’água no furo. Recomenda-se que o ensaio seja dado por concluído quando o rebaixamento atingir 20% da carga inicial aplicada ou 30 minutos de ensaio. Recuperação Bombeia-se a água do furo até se obter um rebaixamento de, pelo menos, 1 m abaixo do nível d’água estático, mantendo- se assim até se atingir condições de fluxo permanente (vazões constantes), ou próximas. Interrompe-se o bombeamento,tomando-se este como tempo zero. Imediatamente após, e em intervalos de tempo semelhantes aos do ensaio de rebaixamento, controla-se a recuperação do nível d’água. Para o término do ensaio, recomenda-se seguir as mesmas orientações anteriormente apresentadas para os ensaios de rebaixamento. 5.2 Permeabilidade em Rocha 5.2.1 Perda D’água Sob Pressão Os ensaios de perda de água são realizados para obtenção e determinação das características de condutividade hidráulica dos maciços rochosos e serão executados em furos de sondagem através de injeção de água sob pressão. Os ensaios deverão ser executados à medida que se avança a sondagem, em trechos com espessuras variáveis que dependerão da geologia/ estrutural. A fiscalização pode solicitar a execução dos ensaios em trechos de diferentes comprimentos, tanto na porção final da sondagem como acima dela. Neste caso, deverá ser empregado obturador duplo. Os equipamentos e ferramentas necessários à execução dos ensaios de permeabilidade deverão constar dos seguintes elementos: • Bomba de água: com capacidade de vazão de 120 L/min a uma pressão de 10 kgf/ cm² (1 MPa). A critério da FISCALIZAÇÃO, poderá ser utilizada bomba com capacidade de vazão de 60 L/min a uma pressão de 10 kgf/cm² (1 MPa), caso as absorções medidas sejam compatíveis com estas vazões. A bomba deverá ser testada no início de cada conjunto de ensaios a serem executados num mesmo furo e sempre que houver suspeita de mau funcionamento. • Hidrômetro: com divisões de escala em litros. Deve ser suficientemente sensível para detectar uma vazão mínima de 3 L/min. No início de cada sondagem, e sempre que houver suspeita de mau funcionamento, o hidrômetro deverá ser submetido à calibração, sendo rejeitado aquele que apresentar um desvio de leitura superior a 10%. Recomenda-se que a escolha do hidrômetro, quanto a sua capacidade nominal, seja feita em função da ordem de grandeza das vazões medidas: hidrômetro de capacidade nominal de 3 ou 5 m³/h, para vazões de até 60 l/min e hidrômetro com capacidade nominal de 7 m³/h, para vazões entre 60 e 120 l/min. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 37 RETORNAR AO ÍNDICE • Manômetros: com capacidade e divisões de escala adequadas às pressões a serem aplicadas. Devem ser comparados com um manômetro aferido, de uso exclusivo para calibração, a cada furo e sempre que houver suspeita de mau funcionamento. Os manômetros não deverão apresentar desvios de leituras superiores a 10% do valor real. É vedado o uso de curvas de calibração. A pressão máxima de operação não deve ultrapassar 75% do valor máximo da escala do manômetro. Na Tabela 5.5 são apresentadas, para diferentes pressões admissíveis dos manômetros, as pressões de ensaio, empregando-se o critério de 0,25 kgf/cm² (0,025 MPa) por metro de profundidade do obturador. • Obturadores de borracha: tipo pneumático (infláveis) ou mecânico (de cruzeta), simples e/ou duplos, em boas condições. O obturador de cruzeta deverá ter comprimento mínimo de 30 cm, e seu diâmetro externo deverá ser cerca de 5 mm menor do que o do furo. O diâmetro interno de sua tubulação deverá ser igual ao indicado no item seguinte. Não é recomendada a utilização de obturadores cuja expansão seja obtida através de compressão das hastes no fundo do furo, mediante o emprego de haste perfurada abaixo do obturador. No caso de obturador pneumático, seu comprimento não deverá ser inferior a 60 cm. • Canalização, mangueira, luvas e cotovelos: em boas condições, com juntas estanques, sem obstruções de ferrugem e com diâmetro mínimo de 25,4 mm (1”). É vedado o uso de niples ou reduções que diminuam a seção da tubulação. O diâmetro da canalização será único e uniforme para todos os equipamentos de sondagem e durante toda a campanha programada. • Estabilizador de pressão: cuja atuação impeça que o campo de variação das oscilações de pressão seja superior a 10% do valor lido. É vedado o uso de agulha salvamanômetro para estabilização das leituras de pressão. • Transdutores de pressão: quando for especificado que a determinação da pressão deva ser feita diretamente no trecho ensaiado. • Os equipamentos deverão ser dispostos na seguinte ordem: bomba, estabilizador de pressão, derivação com registro para controle de pressão, hidrômetro, tubulação com manômetro e obturador. O manômetro deverá ficar fixado em um “tê” do trecho retilíneo da tubulação, sem curvas ou cotovelos entre seu ponto de fixação e o obturador. Figura 10 – Correlação entre pressão e profundidade do trecho ensaiado. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 38 RETORNAR AO ÍNDICE Procedimentos para Realização do Ensaio Inicialmente, deverá ser efetuada cuidadosa lavagem do furo até que a água de circulação se apresente limpa e isenta de detritos. Terminada a lavagem do furo, deverá ser instalado o obturador, cuja extremidade inferior da porção vedante deverá situar-se no limite superior do trecho a ser ensaiado. A técnica de ensaio com obturador duplo não deverá ser empregada como alternativa do ensaio com obturador simples. O seu emprego deverá ser restrito em situações onde forem necessários ensaios complementares em trechos acima da posição do fundo do furo. Ao ser aplicada a pressão mínima do primeiro estágio, deverá ser avaliada a eficiência da vedação do obturador, através da medida do nível de água no furo, que geralmente sobe quando o obturador não está vedando. É vedada a aplicação de pressão superior à mínima. Se exequível, para facilitar esta observação, recomenda- se o enchimento do furo com água até a boca do revestimento, após a instalação do obturador. Em caso de impossibilidade de vedação devido ao fraturamento da rocha ao redor do trecho de aplicação do obturador, deverão ser utilizados obturadores de maior comprimento. Persistindo a impossibilidade de vedação, o obturador deverá ser deslocado para cima, até nova posição, onde a vedação for eficiente. Assegurada a vedação do trecho, será iniciada a aplicação dos estágios de pressão, na sequência nesta especificação indicada. A pressão mínima, do 1º e 5º estágios, será obtida pela manutenção da coluna de água na tubulação do obturador (nos moldes do ensaio de infiltração), e as demais pressões serão dadas pela bomba de água. Em cada estágio, após a estabilização dos valores de pressão e vazão, deverão ser feitas dez leituras de seus valores, com intervalos de 1 min. Entende-se que as leituras de absorção de água e pressão estão estabilizadas quando: • Não for observada variação progressiva nos valores lidos; • A diferença entre leituras isoladas e o valor médio não superar 20%. Nos casos de pressão e vazão pequenas, próximas aos limites inferiores de sensibilidade dos equipamentos de medida, as diferenças de leitura admissíveis deverão ser estabelecidas pelo cliente. Na fase decrescente do ciclo de pressão, se ocorrer retorno da água injetada, a tubulação deverá ser aberta e serão anotados os seguintes valores: • Volume total de água retornada até o total alívio de pressão no trecho ensaiado; • Pressão que estava aplicada no trecho; Para a medida do volume de água retornada poderá ser utilizado o próprio hidrômetro, com a conexão invertida para garantir seu perfeito funcionamento, ou INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 39 RETORNAR AO ÍNDICE tambor de volume conhecido. Após as medidas do volume retornado, o ensaio deverá ser retomado a partir do estágio subsequente àquele que deu origem ao retorno da água. Quando, mesmo com a vazão máxima da bomba, não for atingido o valor da pressão de qualquer dos estágios, deverão ser feitas leituras dos valores de pressão e vazão, durante 10 min, a cada minuto. Neste caso, além do registro de absorção total da vazão da bomba, deverão ser executados e registrados os demais estágios com pressão inferioràquela cuja pressão não foi atingida. Todo e qualquer fenômeno que ocorra durante o ensaio, que possa ser útil para o conhecimento do maciço, deve ser anotado. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 6 Instrumentação Geotécnica INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 41 RETORNAR AO ÍNDICE O projeto de instrumentação envolve estudos específicos da necessidade e modelagem da instrumentação a ser aplicada. O planejamento da instrumentação deve ser feito com base na análise dos diversos custos envolvidos (instrumento, instalação, operação e análise de dados). Este planejamento envolve desde os critérios de investigação anterior as obras, até as providências a serem tomada após operação caso os limites de referência estabelecidos para os instrumentos forem ultrapassados. Dentre os instrumentos, podem ser citados os drenos, os piezômetros e os medidores de nível d’água. O processo de instalação da instrumentação é muito significativo e tão importante quanto à etapa de planejamento. As perfurações para instalação de medidores de nível d’água e piezômetros devem ser acompanhadas e realizadas por equipes qualificadas e com experiência. É grande a importância da interface entre equipes de perfuração e instalação dos equipamentos, pois quando o equipamento exige perfurações, principalmente as muito profundas, a equipe de instalação deve estar preparada para imediatamente após a finalização da perfuração, iniciar os trabalhos de instalação. 6.1 Medidores de Nível D’água (MNA) É grande a importância da interface entre equipes de perfuração e instalação dos equipamentos, pois quando o equipamento exige perfurações, principalmente as muito profundas, a equipe de instalação deve estar preparada para imediatamente após a finalização da perfuração, iniciar os trabalhos de instalação. Os medidores de nível de água são, geralmente, instalados nos mesmos furos em que foram executadas as sondagens mistas, em torno de 4,0’’ de diâmetro ou HW. As cotas de instalação deverão ser rigorosamente respeitadas, não se permitindo alterações nas relações geométricas indicadas nos desenhos de projeto, sem prévia autorização do cliente. Assim, recomenda-se a avaliação do método de perfuração mais adequado às condições locais e do sistema de revestimento executivo do furo de modo que as especificações de instalação possam ser fielmente cumpridas. Recomenda-se, durante a perfuração, utilizar circulação de água para a refrigeração das peças de corte e para o transporte dos detritos da perfuração à superfície. Recomenda-se utilizar tubos de revestimento quando atravessar uma formação fraturada ou permeável, para evitar perdas consideráveis de água de circulação, e quando as paredes do furo tenderem a desabar. A retirada do revestimento deve ser feita, cuidadosamente, logo após o posicionamento do instrumento no fundo da sondagem e a colocação do trecho de areia saturada. Após a conclusão da perfuração, promover a circulação de água limpa para lavagem INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 42 RETORNAR AO ÍNDICE do furo até que a mesma retorne à boca do furo isenta de impurezas e visualmente limpa. Efetuar a medida do nível de água com dispositivo elétrico ao se detectar pela primeira vez o nível de água durante a perfuração. Efetuar medida do nível de água 12 horas após o encerramento da lavagem do furo. Os medidores de nível de água deverão ser de tubos de PVC (com diâmetro de 1” ou 2”) perfurado com aberturas de 1/8” opostos diametralmente a cada 2 cm, envolvido por 3 voltas de tela de nylon com abertura da malha (#60) de 0,3 mm, até aproximadamente 2,5 m da superfície do terreno. A instalação do instrumento deverá ser obtida mediante dois centralizadores em intervalo regular. O pré-filtro deverá ser constituído de areia com granulometria variando de média a grossa, arredondada, limpa, peneirada no diâmetro mínimo de 0,2 mm, ou pré-filtro tipo pérola (areia selecionada) de 0,2 a 2,0 mm, acondicionada em sacaria nova. Após o posicionamento do medidor de nível de água no interior do furo (acima da camada de 0,50 m de pré-filtro), será lançada, com tubo PVC rígido, a areia saturada do pré-filtro no espaço anelar entre o instrumento e a parede da sondagem. A areia será vibrada com o próprio tubo PVC de lançamento. A areia do pré-filtro será lançada até aproximadamente 2,0 m da superfície do terreno. Acima do pré-filtro são previstas camadas de 1,00 m de selo de bentonita e 1,0 m de solo cimento. A tubulação do INA deverá ter no mínimo 0,90 m de comprimento além da superfície do aterro. Os últimos 0,50 m deverão ser preenchidos com concreto, consolidados com a laje de proteção. Instalar um tubo de aço galvanizado, diâmetro de 4,0’’ e extensão mínima de 1,30 m, cravado com o cimento ainda não consolidado. Completar todo o espaço anelar eventualmente livre com calda de cimento e aguardar 12 horas para a cura. O topo do tubo de aço deverá ficar posicionado a cerca de 0,10 m acima do topo do tubo de PVC. Este tubo deverá ser trancado com cadeado para garantir a proteção do instrumento. A laje de proteção de concreto deverá ter dimensões de 30 x 30 x 30 cm, com 10 cm de ressalto acima da superfície do terreno com declividade de 2% do centro para a borda. É necessário fazer o cadastramento topográfico do instrumento e cotar a boca do tubo de aço com o objetivo de permitir o nivelamento do equipamento para leituras de nível de água. Após a instalação deverá ser feito um ensaio de recuperação de nível de água no INA. O tubo de aço deverá ser identificado com o número do Medidor de Nível de Água. Completada a instalação, deverá ser elaborado um relatório com o esquema (croquis com todas as dimensões indicadas) de instalação do instrumento, e a cota do topo do tubo de aço, para a leitura inicial. Durante a instalação do medidor de nível de água os seguintes itens deverão ser registrados: • Data de instalação; • Locação (cota da base do tubo filtrante e do topo do tubo de leitura, estaca, afastamento do eixo do aterro); • Perfil geológico, incluindo resultado INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 43 RETORNAR AO ÍNDICE do ensaio de dissipação do medidor de nível de água; • Esquema do instrumento instalado com especificação dos materiais utilizados (selo, preenchimento e pré- filtro) e respectivas profundidades. 6.1.1 Equipamentos e Acessórios • Filtros geomecânicos de diâmetro 1” ou 2’’; • Alternativamente, tubos de PVC rígido de diâmetro de 2” com furos ou ranhuras de diâmetro de 1/16”, em oito linhas de furos diagonalmente opostos ou quatro fileiras de ranhuras, também diagonalmente opostas e alternadas, em seções espaçadas, em ambos os casos, de 4cm; • Manta geotêxtil (BIDIM ou similar); • Areia graduada e lavada com granulometria entre 2,0 mm e 0,5 mm; • Bentonita Selante (pó); • Cimento tipo portland; • Tubo protetor de aço 8” (mínimo) ou Caixa de concreto pré-moldado de 0,50 m x 0,50 m x 1,00 m; • Boletim de Instalação de Medidor de Nível D’água. 6.2 Piezômetros Casagrande Os piezômetros de tubo aberto são frequentemente utilizados nos programas de instrumentação de barragens. Convencionalmente são instalados nas fundações, ombreiras e em zonas específicas no próprio maciço da barragem. São constituídos por um tubo de PVC cuja parte inferior é acoplada a um trecho perfurado de tubo envolvido por material geotêxtil, trecho chamado de célula. A célula é instalada em um bulbo de material drenante e confinada em um trecho limitado por uma camada selante para vedar o espaço entre o tubo e o furo. A pressão da água na região do bulbo é convertida diretamente em uma altura da água equivalente. Como estes piezômetros são instalados em furos de sondagem de maior diâmetro, a água fica livre para fluir através da célula, sendo estabilizada no tubode ascensão à altitude piezométrica. Mede-se a poropressão através da coluna d’água no tubo. As condições finais de perfuração e o perfil dos materiais encontrados em cada furo programado para instalação dos instrumentos deverão ser comparados com as condições previamente esperadas. Caso haja diferenças significativas entre as condições previamente antecipadas, o projeto de instalação poderá ser revisto ou redirecionado. As paredes do furo deverão estar estáveis e o furo livre de substâncias como óleos, graxas e/ou fluido de sondagem que possam prejudicar as leituras e/ou a instalação dos piezômetros. A profundidade final atingida pela sondagem e as condições/especificações dos materiais para instalação dos piezômetros deverão estar de acordo com INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 44 RETORNAR AO ÍNDICE as especificações solicitadas para cada instrumento. Durante a instalação, cuidados especiais deverão ser tomados para se evitar que sujeira e materiais indesejáveis caiam dentro do furo. Caso isto aconteça, a critério da fiscalização, será solicitada uma nova limpeza do furo ou a abertura de um novo furo para a instalação do instrumento. Qualquer anormalidade ou diferença das condições esperadas deverá ser registrada no resumo de instalação do instrumento e prontamente notificada à fiscalização para que sejam tomadas providências e decisões sobre sua instalação. Inicialmente deve-se preencher o fundo do furo com o pré-filtro de areia lavada e graduada entre as granulometrias de 2mm e 0,50mm. Este intervalo deverá ter altura de cerca de 50 cm e servirá de base para assentar o tubo central do piezômetro. O trecho do filtro do piezômetro terá diâmetro de 2” com paredes perfuradas em linhas de furos de diâmetro de 1/16”. Estas linhas serão espaçadas a cada 4cm, desde sua base até um comprimento de aproximadamente 6 m. Cada linha de furos contará com um mínimo de oito furos diametralmente opostos, envoltos por tela ou manta geotêxtil. Os tubos poderão ser unidos por luvas coladas ou de rosca. Na base do tubo deverá existir um tampão que também poderá ser colado ou rosqueado. Acima do trecho em filtro será executado trecho em PVC não perfurado. O pré- filtro de areia graduada e lavada entre as granulometrias de 2mm e 0,50mm deverá preencher o espaço anelar entre o tubo e as paredes do furo, desde sua base até aproximadamente 2,0 m acima do filtro. A areia deverá ser de material silicoso, bem arredondada e limpa (livre de matéria orgânica, resíduos etc.) . No caso de o furo estar revestido, a implantação do pré-filtro dá-se à medida em que o revestimento é sacado. Esta operação deverá ser cuidadosamente executada para evitar falhas e imperfeições no pré- filtro provocadas por desmoronamentos das paredes do furo. Imediatamente acima do pré-filtro será colocado 2 a 3 metros de bentonita em pellets para funcionar como selo. Logo acima da Bentonita, selar o furo até o topo com calda de cimento, bentonita em pó e areia (Grout). Não poderá ser utilizado material proveniente do refluxo da perfuração e/ou saprólito/ solo para selar o furo; apenas no caso de ser essencialmente argiloso e sem contaminações de outras frações. Na superfície deverá ser deixada uma sobra de tubo de aproximadamente 10cm a 30cm de altura, munida de tampa com rosca ou encaixável para que possa ser retirada e permitir as leituras posteriores. Uma proteção superficial deverá ser providenciada para proteger os piezômetros contra danos acidentais e/ou vandalismo (próxima figura). Em locais com grande circulação de gado deverá ser providenciada uma cerca nos arredores do instrumento. Também deverá ser providenciada a devida identificação em campo do instrumento com número, coordenadas, cota, executor e data de instalação. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 45 RETORNAR AO ÍNDICE Figura 11 – Etapas do preenchimento do perfil construtivo e de instalação de piezômetro Casagrande. Todos os dados pertinentes à instalação dos medidores deverão ser registrados em boletins de instalação dos instrumentos ou em um quadro resumo de instalação. 6.2.1 Equipamentos e Acessórios • Tubos de PVC rígido de diâmetro de 2” ou tubo geomecânico; • Tubos de PVC rígido de diâmetro de 2” preparados para trecho em filtro de comprimento 6m, com furos de diâmetro 1/16”, dispostos em seções espaçadas de 4 cm, contendo oito furos diametralmente opostos em cada seção, protegidos por tela ou manta geotêxtil; ou alternativamente filtro geomecânico; • Pré-filtro em areia graduada e lavada com granulometria entre 2,0 mm e 0,5 mm; • Bentonita Selante (pó); • Bentonita em pellet; • Cimento tipo portland; • Tubo protetor de aço 8” (mínimo) ou Caixa de concreto pré-moldado de 0,50x0,50x1,00m; • Boletim de Instalação de Piezômetros. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 7 Amostras Indeformadas INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 47 RETORNAR AO ÍNDICE As amostras indeformadas conservam ao máximo a estrutura dos grãos e, portanto, as características de massa específica aparente e umidade natural do solo “in situ”. Quando se pretende coletar amostras próximas da superfície do terreno natural ou próximas à superfície de exploração acessível, utilizam-se amostradores em que o processo de avanço é por introdução de cilindros. Os métodos de perfuração para atingir-se as profundidades desejadas são os mesmos das sondagens de reconhecimento. A diferença essencial entre as sondagens mais simples e as sondagens em questão reside nos amostradores, sendo os mais usuais entre os amostradores: Shelby e Denison. 7.1 Amostra Shelby O amostrador de parede fina mais empregado, o tipo “Shelby”, é composto basicamente de um tubo de latão ou aço inoxidável de espessura reduzida, ligado a um cabeçote provido de uma válvula de esfera que permite ao ar e à água escaparem à medida que há penetração da amostra. O amostrador é introduzido no solo por pressão estática constante e retirado quando estiver cheio. A camisa é então liberada do cabeçote, removendo- se os dois parafusos de fixação, selada com parafina e enviada ao laboratório. O amostrador tipo “Shelby” é usado para obtenção de amostras indeformadas de solos coesivos com consistência de mole a média. Os diâmetros mais usuais são os de 2” (25,4mm) e 21/2” (63,5mm), em sondagens com revestimento de 3” (76,2mm) e os de 3” (76,2mm), 4” (101,6mm) e 5” (127,0mm) que exigem sondagens com revestimentos de 6” (152,4mm). 7.2 Amostra Denison O amostrador Denison também chamado barrilete triplo, destina-se à amostragem de solos resistentes que não se consegue amostrar com os amostradores por cravação. Pode ser acionado por qualquer sonda rotativa que possa trabalhar com a haste adequada ao método, usando água comum ou lama de circulação. O amostrador consiste em essência de uma terceira camisa interna (de latão, alumínio ou fibra) com uma sapata biselada, destinada a receber e acondicionar a amostra de solo, cortada por uma coroa de Widia solidária ao tubo externo. A amostra é retirada pelo atrito das paredes internas do cilindro ou por uma mola retentora. A cabeça do amostrador Denison é regulável, o que permite o avanço ou recuo da sapata interna, a fim de controlar a ação da água sobre o solo, face à sua permeabilidade. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 48 RETORNAR AO ÍNDICE 8 Referências Bibliográficas ABGE Manual de Sondagens (antigo Boletim nº 3). ABGE BOLETIM 2 Ensaio de perda d`água sobre pressão – Diretrizes. ABGE BOLETIM 4 Permeabilidade em solos. ABNT. NBR 6484/2020. Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio. DNER-PRO 002/94. Departamento Nacional de Estrada de Rodagem. Coleta de Amostras Indeformadas em Solo. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA9 Anexos INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 50 RETORNAR AO ÍNDICE ANEXO I - BOLETIM DE SONDAGEM ROTATIVA, MISTA OU DESTRUTIVA INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 51 RETORNAR AO ÍNDICE ANEXO II - BOLETIM DE ENSAIO DE PERMEABILIDADE EM SOLO INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 52 RETORNAR AO ÍNDICE ANEXO III - BOLETIM DE ENSAIO DE PERDA D’ÁGUA SPB PRESSÃO INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 53 RETORNAR AO ÍNDICE ANEXO IV - BOLETIM DE INSTALAÇÃO DE MEDIDOR DE NÍVEL D’ÁGUA INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DE CAMPO: SONDAGEM E ENSAIO NA PRÁTICA 54 RETORNAR AO ÍNDICE ANEXO V - BOLETIM DE INSTALAÇÃO DE PIEZÔMETRO CASAGRANDE 31 3657-5578 | 31 3657-6946 | 31 9 9355-8384 contato@institutominere.com.br www.institutominere.com.br http://www.institutominere.com.br Apresentação e Indução na Praça de Sondagem Ferramentas de Controle e Redução de Riscos 2.1 Checklists 2.2 ART’s 2.3 PRO’s 2.4 DSS Sondagem Geotécnica 3.1 Sondagem Hollow Auger 3.2 Sondagem à Percussão 3.2.1 Critério de Paralização 3.2.2 Critério de Amostragem 3.4 Sondagem Rotativa com Recuperação de Amostra 3.4.1 Critério de Amostragem 3.5 Sondagem Mista (SPT + Rotativa) 3.6 Sondagem Rotativa Destrutiva Cone Penetration Test (Cpt) e Piezocone (Cptu) Ensaios de Permeabilidade em Campo 5.1 Permeabilidade em Solos 5.1.1 Definição do Tipo de Ensaio 5.1.2 Materiais e Equipamentos 5.1.3 Carga Constante 5.1.4 Carga Variável 5.2 Permeabilidade em Rocha 5.2.1 Perda D’água Sob Pressão Instrumentação Geotécnica 6.1 Medidores de Nível D’água (MNA) 6.1.1 Equipamentos e Acessórios 6.2 Piezômetros Casagrande 6.2.1 Equipamentos e Acessórios Amostras Indeformadas 7.1 Amostra Shelby 7.2 Amostra Denison 8 Referências Bibliográficas Anexos
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