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Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 1 Aula 02 Prospecção de Subsolo Prof: João Henrique / Antonio Celso. Sumário 1.0- Prospecção de Subsolo .......................................................................................................... 2 2.0- NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens ..................................................................... 3 2.1- Determinação do número de Sondagens .......................................................................... 4 2.2- Determinação da Locação das Sondagens ......................................................................... 4 2.2.1- Fase de Estudos Preliminares ..................................................................................... 5 2.2.2- Fase de Projeto ........................................................................................................... 5 Exercício 1 – Número e Localização de Sondagens ....................................................................... 7 Atividade 1 ................................................................................................................................ 8 Atividade 2 ................................................................................................................................ 9 Atividade 3 .............................................................................................................................. 10 SPT (Standard Penetration Test) ................................................................................................. 11 Finalidade ................................................................................................................................ 11 Execução .................................................................................................................................. 12 Cravação do primeiro metro ............................................................................................... 12 Cravação seguinte, amostragem e SPT ............................................................................... 12 Critérios de paralisação da sondagem .................................................................................... 14 Apresentação dos resultados .................................................................................................. 14 Resistência à penetração ........................................................................................................ 14 Exemplo de um Perfil de Solo (SPT) ........................................................................................ 15 Perfis geológicos típicos .......................................................................................................... 16 SPT-T (Torque) ............................................................................................................................. 16 Exercício 2 – SPT e SPT-T ............................................................................................................. 19 Atividade 1 .............................................................................................................................. 19 Perfil de Sondagem ..................................................................................................................... 20 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 2 Exercício 3 ................................................................................................................................... 20 Atividade 1 .............................................................................................................................. 20 Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) .................................................................................. 25 Exercício 4 ................................................................................................................................... 27 Atividade 1 .............................................................................................................................. 27 Ensaio de Palheta (“Vane Test”) ................................................................................................. 27 Execução .................................................................................................................................. 28 Características do ensaio......................................................................................................... 28 Exercício 5 ................................................................................................................................... 29 Atividade 1 .............................................................................................................................. 29 Prova de Carga sobre Placa ......................................................................................................... 30 Execução .................................................................................................................................. 30 Resultados de uma prova de carga ......................................................................................... 31 Ensaio Pressiométrico ................................................................................................................. 31 Bibliografia .................................................................................................................................. 32 1.0- Prospecção de Subsolo Por milhares de anos, o homem foi capaz de edificar estruturas apenas com conhecimento empírico. Porém, este tipo de conhecimento foi cedendo espaço ao teórico. Assim, atualmente, sem a prospecção do solo é impossível se pensar em projetar algo. O reconhecimento do solo é o requisito primordial de um projeto de engenharia. O reconhecimento das condições do subsolo constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos. No Brasil o custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento varia normalmente entre 0,2% e 0,5% do custo total da obram sendo as informações obtidas indispensáveis à previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução. (SCHNAID, 2000) Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 3 Projetos geotécnicos de qualquer natureza são normalmente executados com base em ensaios de campo, cujas medidas permitem uma definição satisfatória da estratigrafia do subsolo e uma estimativa realista das propriedades geomecânicas dos materiais envolvidos. Estas informações são necessárias em projetos de fundações, estabilidade de taludes, estruturas de contenção, dimensionamento de pavimentos, infraestrutura hídrica, entre outros. (SCHNAID, 2000) 2.0- NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens Esta norma fixa as condições exigíveis na programação das sondagens de simples reconhecimento dos solos destinada à elaboração de projetos geotécnicos para a construção de edifícios. Esta programação abrange o número, a localização e a profundidade das sondagens. É importante destacar que a norma impõe o procedimento mínimo que deve ser adotado na programação de sondagens de simples reconhecimento na fase de estudos, ou seja, para realizar uma análise do solo é necessário mais do que a norma requer. A NBR 8036/1983menciona, ainda, a NBR 6502/1995 – Rochas e solos – Terminologia como documento complementar. É fundamental a leitura dos documentos complementares contidos nas NBR´s, pois eles estão inerentemente ligados uns aos outros e são multidisciplinares. Logo, a leitura da NBR 6502 é importante, porém abaixo se encontra um resumo sobre a norma. Existem diversas classificações feitas pela NBR 6502/1995 – Rochas e solos – Terminologia, mas sua função primordial é definir os termos relativos aos materiais da crosta terrestre, rochas e solos, para fins de engenharia geotécnica de fundações e obras de terra. Na engenharia de fundações, normalmente, se utiliza apenas a classificação por tamanho de grãos. Importante lembrar que nesta classificação existem 3 (três) tipos de solos: areia, silte e argila. De acordo com a NBR 6052/1995, a granulometria é dividida em: Tabela 1 - Granulometria e Classificação dos Solos Solo Descrição Areia Solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. Areia Grossa Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,60 mm e 2,0 mm. Areia Média Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,20 mm e 0,60 mm. Areia Fina Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 0,2 mm. Silte Solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade, e que exibe baixa resistência quando seco o ar. Suas propriedades dominantes são devidas à Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 4 parte constituída pela fração silte. É formado por partículas com diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm. Argila Solo de granulação fina constituído por partículas com dimensões menores que 0,002 mm, apresentando coesão e plasticidade. Fonte: NBR 6502/1993 - Rochas e Solos - Terminologia 2.1- Determinação do número de Sondagens Para determinar o número e a locação das sondagens não se deve levar em consideração apenas a área do terreno, mas também o tipo da estrutura, de suas características especiais e das condições geotécnicas do solo. OBS: O número de sondagens deve ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo. No caso de fundações para edifícios, o número mínimo de pontos de sondagens a realizar é em função da área a ser construída, de acordo com a NBR 8036/1983. Tabela 2- Número de Sondagens Área Construída Número de Sondagens De 0 m² até 1.200m² 1 para cada 200m² Entre 1.200m² até 2.400m² 1 para cada 400m² que excederem 1.200m² Acima de 2.400m² Será fixado de acordo com o plano particular da construção. Fonte: NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios Porém, a norma ainda determina: a. 2 (dois) furos para área da projeção em planta do edifício até 200m²; b. 3 (três) furos para área entre 200m² e 400m². 2.2- Determinação da Locação das Sondagens Existem duas condições nas quais as sondagens podem ser realizadas. A primeira se dá nos casos de estudos preliminares ou de planejamento do empreendimento, a segunda é na fase de projeto. OBS: Se a disposição em planta dos edifícios não tiver sido realizada, por exemplo nos estudos de viabilidade ou de escolha do local, o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre eles seja de 100m, com um número mínimo de sondagens. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 5 2.2.1- Fase de Estudos Preliminares Na fase de estudos preliminares ou de planejamento do empreendimento, as sondagens devem ser igualmente distribuídas em toda a área. Assim, os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribuídos na área em estudo, e devem ter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir, significamente, no comportamento da fundação. 2.2.2- Fase de Projeto Na fase de projeto existe o pressuposto de que o edifício e suas estruturas complementares já estejam locados em planta no terreno. Trata-se de uma fase mais avançada do projeto. Logo, as sondagens podem se localizar de acordo com critério específico que leve em conta pormenores estruturais. Assim, pode ser feita uma sondagem apenas na região onde o edifício será construído. Ademais, é sempre bom conhecer o tipo de solo que existe na região, portanto realizar mais furos e investir mais dinheiro com o reconhecimento do solo é algo que deve ser visto como necessário e não superficial. Para ambas as fases quando o número de sondagens for superior a três, elas não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento. OBS: A NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens não prescreve, porém, diversos autores aconselham que a distância entre os furos de sondagem deva ser de 15 a 25 m, para se evitar que os furos fiquem numa mesma reta e de preferência próximos aos limites da área de estudo. A locação dos furos é realizada de um modo que se possa realizar o perfil do solo. A figura abaixo é um croqui com a locação dos furos de sondagem, foi retirada de um Relatório Geológico-Geotécnico de uma obra do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social – BNDS, no Rio de Janeiro, em 2011. Tabela 3- Resumo das Sondagens BNDES Furos Coordenadas Cota (m) Profundidade atingida (m) Perfuração em solo (m) Perfuração em Saprolito Rocha N E SP-01 7.465.598,37 686.692,94 37,32 36,80 36,80 - SM-02 7.465.610,50 686.666,48 29,04 35,62 12,12 23,50 SM-03 7.465.632,85 686.659,93 34,77 13,65 8,09 5,56 SM-04 7.465.590,56 686.656,34 16,02 24,68 14,68 10,00 Fonte: Relatório Geotécnico-Geotécnico do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2011) Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 6 OBS: A terminologia SP-01 se refere a sondagem a percussão e SM é sondagem mista (roto-percussiva). Figura 1- Croqui de Locação das Sondagens Fonte: Relatório Geotécnico-Geotécnico do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2011) Nota-se que foram realizadas duas seções (ou perfis) do solo, seção A e seção B. A vantagem do perfil de solo é representar melhor o terreno, o que facilitará a visualização e interpretação do terreno para análise dos diversos tipos de solo e sua resistência. O conhecimento destas características do solo permitirá definir o tipo de fundação e sua cota de implantação. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 7 Fonte: Relatório Geotécnico-Geotécnico do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2011) Exercício 1 – Número e Localização de Sondagens Você, engenheiro civil, foi contratado pela empresa Engenharia Ltda. para realizar um estudo de prospecção do solo em 3 (três) terrenos. A construtora precisa deste estudo para poder determinar o tipo e o dimensionamento das fundações. Nos dois primeiros terrenos a obra está apenas na fase de estudos preliminares, a terceira já se encontra na fase de projeto, inclusive com a locação da estrutura do edifício.Assim, de acordo com o tamanho dos terrenos e tipo de estrutura, determine a quantidade de furos e a locação das sondagens. Figura 2- Perfil do solo da Seção A Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 8 Atividade 1 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 9 Atividade 2 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 10 Atividade 3 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 11 SPT (Standard Penetration Test) Sem dúvida alguma, pode-se dizer que o SPT é o ensaio mais utilizado pela engenharia civil no Brasil e no mundo, também é conhecido como sondagem à percussão ou sondagem de simples reconhecimento. A popularidade do ensaio se dá pela sua simplicidade, rapidez e custo baixo. O ensaio está regulado pela NBR 6484/2001, porém na américa do Sul é usada com frequência a norma americana ASTM DI.586:67. Figura 3- Ensaio SPT Fonte: www.engenharianota10.com.br Finalidade Os objetivos do ensaio, de acordo com a norma, são: a) A determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência; b) A posição do nível d’água; e c) Os índices de resistência à penetração (N) a cada metro. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 12 OBS: A norma determina que o “N” é a abreviatura do índice de resistência à penetração do SPT, cuja determinação se dá pelo número de golpes correspondente à cravação de 30 cm do amostrador-padrão, após a cravação inicial de 15 cm, utilizando-se corda de sisal para levantamento do martelo padronizado. Execução Cravação do primeiro metro Inicialmente, a sondagem é realizada com o emprego do trado concha ou cavadeira manual até a profundidade de 1m, nos outros metros deve-se utilizar o trado helicoidal até ser atingido o nível d’água freático. No primeiro metro deve ser instalado o tubo de revestimento dotado de sapata cortante. Deve ser coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado-concha durante a perfuração, até 1 m de profundidade (6.3.1 da norma) OBS: Quando o avanço da perfuração com emprego do trado helicoidal for inferior a 50 mm após 10 (dez) min de operação ou no caso de solo não aderente ao trado, passa-se ao método de perfuração por circulação de água, também chamado de lavagem. (6.2.4 da norma) A operação de perfuração por circulação de água é realizada utilizando-se o trépano de lavagem como ferramenta de escavação. (6.2.5 da norma) OBS: Caso a parede do furo se mostre instável, é obrigatória, para ensaios e amostragens subsequentes, a descida de tudo de revestimento até onde se fizer necessário, alternadamente com a operação de perfuração. O tudo de revestimento deve ficar a uma distância de no mínimo 50 cm do fundo do furo, quando da operação de ensaio e amostragem. (6.2.9 da norma). Cravação seguinte, amostragem e SPT A cada metro de perfuração, a partir de 1 m de profundidade, a norma determina que devem ser colhidas amostras dos solos por meio do amostrador-padrão, com execução de SPT. Assim, o amostrador-padrão tem que descer livremente no furo até que seja suavemente apoiado no fundo. Porém se o amostrador ficar mais de 2 cm acima da cota de fundo, a composição deve ser retirada, repetindo-se a operação de limpeza do furo. Com o amostrador-padrão na altura certa, coloca-se a cabeça de bater e, utilizando-se o tudo de revestimento como referência, marca-se na haste, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm. Em seguida, o martelo deve ser apoiado suavemente sobre a cabeça de bater, anotando-se eventual penetração do amostrador no solo. OBS: A elevação do martelo até a altura de 75 cm, marcada na haste-guia, é feita normalmente por meio de corda flexível, de sisal, com diâmetro de 19 mm a 25 mm, que se encaixa com folga no sulco da roldana da torre. Após estes cuidados que se inicia a cravação do amostrador padrão e anotação do número SPT. Assim, não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, após o apoio do martelo, prossegue-se a cravação do amostrador-padrão até completar os 45 cm de Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 13 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. OBS: Precauções especiais devem ser tomadas para que, durante a queda livre do martelo, não haja perda de energia de cravação por atrito, principalmente nos equipamentos mecanizados, os quais devem ser dotados de dispositivo disparador que garanta a queda totalmente livre do martelo. Figura 4- Equipamentos do SPT Fonte: www.ebah.com.br /aula-4-solos-fundacoes A cravação do amostrador-padrão é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações: a) Em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30; b) Um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação; e c) Não se observar avanço do amostrador-padrão durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. Assim, deve-se utilizar o avanço da perfuração por circulação de água. O ensaio deve ter duração de 30 min, devendo-se anotar os avanços do trépano 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 ou quando, após a realização de quatro ensaios consecutivos, não for alcançada a profundidade de execução do SPT. Quando da ocorrência destes casos, constar no relatório a designação de impenetrabilidade ao trépano de lavagem. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 14 Critérios de paralisação da sondagem O processo de perfuração, por trado ou lavagem, associado aos ensaios penetrométricos, será realizado até onde se obtiver nesses ensaios uma das seguintes condições: 1. Quando em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para a penetração dos 15 cm iniciais do amostrador-padrão; 2. Quando em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador-padrão; e 3. Quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos45 cm do amostrador-padrão. Também pode ocorrer o final do furo quando for feita a lavagem por 30 min, anotando- se o avanço a cada 10 min. Se o avanço for inferior a 5 cm em cada tempo, o furo é considerado impenetrável ao trépano. OBS: Entretanto, ocorrendo essa situação, antes da profundidade estimada para atendimento do projeto, a sondagem será deslocada, no mínimo duas vezes para posições diametralmente opostas, distantes 2,00 m da sondagem inicial, ou conforme orientação do cliente ou seu preposto. Apresentação dos resultados Os dados colhidos na sondagem são mostrados na forma de perfil individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseado na descrição dos “testemunhos”, aquelas amostras colhidas durante a perfuração. A descrição dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui: 1. Classificação litológica: Cor, tonalidade e dados sobre formação geológica, mineralogia, textura e tipo dos materiais. 2. Estado de alteração das rochas: Trata-se de um fator que faz variar extraordinariamente suas características. As descrições do grau de alteração das rochas, embora muito informativas, são até certo ponto subjetivas por se basearem normalmente na opinião do autor da classificação. 3. Grau de fraturamento: Uma das maneiras de avaliar o grau de fraturamento da rocha é através do número de fragmentos por metro, obtido dividindo-se o número de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra. Resistência à penetração Tabela 4- Compacidade das areias e Consistência das Argilas Fonte: Godoy (1971) Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 15 Exemplo de um Perfil de Solo (SPT) OBS: As amostras devem ser conservadas pela empresa executora, à disposição dos interessados por um período mínimo de 60 dias, a contar da data da apresentação do relatório. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 16 Perfis geológicos típicos São Paulo - Avenida Paulista -- Localizado no topo de um espigão que corta a capital do Estado de São Paulo, ou seja, num topo de montanha que, provavelmente, já foi muito mais alta na remota antiguidade. Assim, o solo já foi compactado pela natureza, sendo relativamente firme e o lençol freático fica baixo. Assim, construções menores podem usar fundação direta (sapatas) e os prédios maiores devem utilizar tubulão ou estacas, que podem ser tanto do tipo Strauss (moldada in loco), pré-moldada de concreto ou aço ou outras, especiais, para edifícios maiores. Santos (SP) - Orla da praia -- Este é um caso clássico na mecânica dos solos. A cidade de Santos é mundialmente conhecida pelos seus edifícios fora de prumo à beira mar. Isto ocorreu porque, na época de sua construção, utilizou-se fundações rasas apoiadas a cerca de 8 m de profundidade, onde se encontra um solo relativamente rígido (SPT 8). Entretanto, cerca de 10 m abaixo, encontra-se uma areia argilosa mutio mole, cujo SPT é 1/60, ou seja, o martelo dá uma batida e já penetra 60 cm. Muitos edifícios foram construídos sobre sapatas, isto é, com fundação rasa. Em ambos os casos, ao longo dos anos a argila vai recalcando, o solo vai cedendo e os edifícios afundam. Há casos em que os prédios desceram mais de 1 metro em relação ao nível original. Os prédios mais novos utilizam estacas mais profundas, que vão buscar o solo mais duro a mais de 27 metros de profundidade. os edifícios ficaram tortos porque não afundaram por igual, pois um prédio faz pressão sobre a fundação do vizinho, e naquele local ambos afundam mais pois existe uma pressão maior sobre o sub-solo. São Paulo (SP) - Cidade Universitária -- Esta região fica na margem do Rio Pinheiros, do lado oposto onde aconteceu o desmoronamento na Linha 4 da obra do Metrô no início de 2007. Trata-se de um solo instável, típico de locais que já estiveram em baixo da água por muitos milhares de anos. O solo é constituído por uma camada de aterro que repousa em cima de argila orgânica, típica de áreas pantanosas. Assim, qualquer obra de fundação nesta região precisa ser estudada com muita atenção, em geral usa-se-se fundação profunda com estacas pré- moldadas ou tubulões a ar comprimido, devido ao fato do lençol freático estar praticamente à superfície. SPT-T (Torque) O procedimento SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements) consiste em após a cravação do amostrador padrão conforme prevê a Norma Brasileira NBR 6484/2001, retirar-se a cabeça de bater e colocar o disco centralizador até este apoiar-se no tubo guia. Rosqueia-se na mesma luva, onde estava acoplada a cabeça de bater, o pino adaptador. Encaixa- se no pino uma chave soquete onde se acopla o torquímetro. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 17 A figura a seguir mostra o equipamento pronto para realizar o ensaio SPT-T. Aplica-se à haste uma torção, medindo, por meio de um torquímetro usado como braço de alavanca e mantido na horizontal, o momento de torção máximo necessário à rotação do amostrador, para obter, assim, uma medida da resistência lateral. Na rotação que se aplica ao amostrador por meio de um torquímetro pode-se medir um torque máximo, que define a tensão de atrito lateral (fs máxima) e o torque residual, que define a tensão de atrito lateral mínima (fs residual) após o remodelamento da película de solo na interface com o amostrador. As principais informações obtidas com o ensaio de SPT-T são: A identificação das diferentes camadas de solo que compõem o subsolo; são feitas com auxílio de um geólogo experiente, que através da cor, da textura A classificação dos solos de cada camada; através de ensaios em laboratório de solos tal como granulométrico que classifica o solo em pedregulho, areia, silte e argila. A existência ou não de Lençol freático e o nível inicial e após 24 horas; se a amostra de solo obtida estiver com grau de umidade elevada então o nível do lençol freático se encontra nesta cota, ao termino do ensaio deve-se esgotar o furo e proceder a medida do nível do lençol freático após o período de 24 horas. A capacidade de carga do solo em várias profundidades; é expresso por formulações que utilizam o N que é o número de golpes obtido para cravar o amostrador 30 cm no solo. Índice de torque (TR); é a relação entre o torque medido em kgf/m pelo valor N do SPT, descrito pela seguinte equação: Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 18 O ensaio de SPT-T está sendo utilizado em obras de médio e grande porte que utilizam fundações profundas de atrito lateral, ajudando a minimizar os erros grosseiros que podem acontecer no ensaio de SPT, ditos anteriormente. A introdução da medida de torque no ensaio de SPT veio para dar suporte a um dos melhores métodos de avaliação do solo. O SPT quando realizado em solos que apresentam camadas com pedregulho pode ter seu N (número de golpes) elevado por consequência de alguma pedra interferir no ensaio, paralelo ao SPT, a medida do torque mostraque o atrito lateral não é afetado quando ocorrido o problema. Então podemos dizer que o SPT-T foi idealizado para corrigir o ensaio de SPT. A partir do conhecimento das propriedades e parâmetros geotécnicos, dos solos da bacia sedimentar terciária do estado de S. Paulo, os autores admitiram que, a relação T/N é aproximadamente 1,2. A partir daí Dècourt (1996) propôs que se definisse a equivalência entre o SPT e o SPT-T, como sendo o valor do torque T (Kgf x m) dividido por 1,2, tendo por base o conceito de N equivalente (Neq.) Entretanto, deve-se frisar que, a sua utilização deverá ser feita com muita cautela. As comprovações existentes estão muito longe de se constituir numa prova definitiva de ampla aplicabilidade, a partir da premissa estabelecida, para os solos da BST SP (Bacia Sedimentar Terciária de S. Paulo). Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 19 Exercício 2 – SPT e SPT-T Atividade 1 Determinar o Nspt e a razão de atrito do ensaio: Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 20 Perfil de Sondagem Os dados obtidos em uma investigação do subsolo são normalmente apresentados na forma de um perfil para cada furo de sondagem. A posição das sondagens é amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locação bem como o nível da boca do furo que é amarrado a uma referência de nível RN bem definido. Exercício 3 Atividade 1 Após a locação das sondagens no Hotel com 5 pavimentos, foram realizadas sondagens a percussão. A empresa Engenharia Ltda. encaminhou as sondagens para seu escritório de cálculo. Portanto, para a escolha da fundação, você precisa, inicialmente, realizar o perfil do solo. A distância entre os furos é de 20 m. (Abaixo encontram-se as sondagens SPT) 40 m Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 21 SP-01 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 22 SP-02 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 23 SP-03 Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 24 PERFIL DE SOLO (Usar cores diferentes para cada tipo de solo) Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 25 Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) Os ensaios de cone e piezocone, conhecidos pelas siglas CPT (Cone Penetration Test) e CPTU (Piezocone Penetration Test) respectivamente, vêm se caracterizando internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica. Resultados dos ensaios podem ser utilizados para determinação estratigráfica de perfis de solos, determinação de propriedades dos materiais prospectados, particularmente em depósitos de argilas moles, e previsão da capacidade de carga de fundações. (SCHNAID, 2000) As dificuldades inerentes à comparação de resultados obtidos com diferentes equipamentos levaram à padronização dos ensaios pela ASTM (1979), ISSMFE (1977, 1989) e ABNT MB 3.406/1991. O princípio do ensaio de cone é bastante simples, consistindo na cravação no terreno de uma ponteira cônica (60 graus de ápice) a uma velocidade constante de 20mm/s. A seção do cone é normalmente de 10 cm², podendo atingir 15 cm² para equipamentos mais robustos, de maior capacidade de carga. Enquanto os equipamentos de ensaio são padronizados, há diferenças entre equipamentos, que podem ser classificados em três categorias: (SCHNAID, 2000) 1. Cone Mecânico: Caracterizado pela medida na superfície, com a transferência mecânica pelas hastes, dos esforços necessários para cravar a ponta cônica (qc) e o atrito lateral (qf). 2. Cone Elétrico: cujas células de carga instrumentadas eletricamente permitem a medida de (qc) e (qf) diretamente na ponta. 3. Piezocone: que além das medidas elétricas de (qc) e (qf), permite a contínua monitoração das pressões neutras (u) geradas durante o processo de cravação. A penetração é obtida através da cravação contínua de hastes de comprimento de 1m, seguida de retração do pistão hidráulico para posicionamento de nova haste. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 26 No caso do CPT, as grandezas medidas são a resistência da ponta (qc) e o atrito lateral (fs), sendo a razão de atrito Rf = fs/qc, o primeiro parâmetro derivado do ensaio, utilizado para classificação dos solos. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 27 Exercício 4 Atividade 1 Determinar a razão de atrito Rf = fs/qc e classificar os solos. Ensaio de Palheta (“Vane Test”) O ensaio de palheta é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada (Su) de depósitos de argilas moles. Este ensaio, sendo passível de interpretação analítica, assumindo a hipótese de superfície de ruptura cilíndrica, serve de referência a outras técnicas e metodologias, cuja interpretação requer a adoção de correlações semi-empíricas. Complementarmente, busca-se informações quanto à história de tensões do solo indicado pelo perfil da razão de sobre-adensamento (OCR). Em outubro de 1989, o ensaio foi normalizado pela ABNT como NBR 10.905 – Ensaio de palheta in situ. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 28 Execução O ensaio de palheta visa determinar a resistência não-drenada do solo in situ (Su). Utiliza uma palheta de seção cruciforme que, cravada em argilas saturadas, de consistência mole a rija, é submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação, em condições não drenadas. É, portanto, necessário o conhecimento prévio da natureza do solo onde será realizado o ensaio, não só para avaliar sua aplicabilidade, como para posteriormente interpretar adequadamente os resultados. O ensaio de palheta pode ser realizado de duas formas diferentes: Ensaios tipo A – sem perfuração prévia: apresentam resultados de melhor qualidade, sendo utilizados em solos debaixa consistência, onde é possível sua cravação estática a partir do nível do terreno; Ensaios tipo B – com perfuração prévia: realizados em escavações previamente realizadas, e em geral, revestidas, sendo mais susceptíveis de erros devido a atritos mecânicos e translação da palheta. Características do ensaio 1- A palheta em forma de cruz é constituída de 4 aletas, fabricadas em aço de alta resistência, com diâmetro de 65mm e altura de 130mm (altura igual ao dobro do diâmetro). Admite-se palheta retangular menor (50mm de diâmetro e 100mm de altura quando o ensaio for realizado em argilas rijas (Su > 50Kpa) 2- A haste fabricada em aço capaz de suportar os torques aplicados, conduz a palheta até a profundidade do ensaio. 3- O equipamento de aplicação e medição do torque, projetado para imprimir uma rotação ao conjunto de haste fina/ palheta de 6 ± 0,6º/ min, deve possuir mecanismo de coroa e pinhão, acionado por manivela ou por motor elétrico. A realização do ensaio é feita com a introdução da palheta no interior do solo, na profundidade de ensaio, sendo então feito a aplicação e medição do torque. O tempo máximo permitido entre a colocação da palheta no furo e o início de sua rotação é de 5 minutos. Para determinar a resistência amolgada imediatamente após a aplicação do torque máximo são realizadas dez revoluções completas da palheta e refeito o ensaio. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 29 Com base no torque medido é possível determinar a resistência ao cisalhamento não-drenado do solo: 𝑺𝒖 = 𝟎, 𝟖𝟔.𝑴 𝝅.𝑫³ Onde: M = torque máximo medido (KN.m) D = Diâmetro da palheta (m) Exercício 5 Atividade 1 Determinar a resistência ao cisalhamento não-drenado do solo, das 3 camadas. Diâmetro: 65mm. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 30 Prova de Carga sobre Placa A prova de carga sobre placa se constitui na realidade em ensaio em modelo reduzido de uma sapata. Ela nasceu antes das conceituações da Mecânica dos Solos, aplicada empiricamente na tentativa de obtenção de informações sobre o comportamento tensão- deformação de um determinado solo de fundação. É oportuno que se saliente desde já que, por sua pequena dimensão, apenas o solo situado imediatamente abaixo da placa é solicitado durante uma prova de carga. Uma prova de carga superficial nos daria informações sobre a camada de areia de apoio das sapatas, nada dizendo sobre o comportamento do edifício que aplicará tensões que alcançarão a camada compressível profunda. Execução A execução de uma prova de carga é regulamenta pela NBR-6489 (Prova de carga direta sobre terreno de fundação). Uma placa de aço rígida de 80cm de diâmetro é carregada em estágios por um macaco hidráulico reagindo contra uma cargueira. Um estágio de carga somente é aplicável após terem praticamente cessado os recalques do estágio anterior. As cargas são aplicadas até a ruptura do solo e, caso isto não aconteça, até que se atinja o dobro da tensão admissível presumida para o solo, ou um recalque julgado excessivo. A Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 31 curva pressão x recalque é obtida ligando-se os pontos estabilizados (linha pontilhada). Resultados de uma prova de carga A ordem de grandeza de tensão admissível do solo, com base no resultado de uma prova de carga (desprezando-se o efeito de tamanho da sapata), e obtida da seguinte maneira: Solos com predominância de ruptura geral: 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝜎𝑟 2 Onde: σadm = tensão admissível σr = tensão de ruptura Solos com predominância de ruptura local: Em que 𝜎25 é a tensão correspondente a um recalque de 25mm (ruptura convencional) 𝜎10 é a tensão correspondente a um recalque de 10 mm (limitação de recalque). É importante, antes de se realizar uma prova de carga, conhecer o perfil geotécnico do solo para evitar interpretações erradas. Assim, se no subsolo existirem camadas compressíveis em profundidades que não sejam solicitadas pelas tensões aplicadas pela fundação, a prova de carga não terá qualquer valor para se estimar a tensão admissível da fundação da estrutura, visto que o bulbo de pressões desta é algumas vezes maior do que o da placa. Ensaio Pressiométrico O módulo de deformabilidade do solo (módulo cisalhante G ou módulo de Young E) é o parâmetro de maior interesse geotécnico quando da realização de ensaios pressiométricos, já que são reconhecidas as dificuldades em determiná-lo através de outros ensaios de campo e laboratório. Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” – Albert Einstein. 32 O módulo pressiométrico (Em) é obtido a partir da declividade do tramo pseudo-elástico da curva pressiométrica corrigida. Bibliografia GODOY, Nelson S., Investigação do subsolo para fundações, USP-EESC 1971. GANDOLFI, Nilson et al. Geologia para Engenheiros Civis. Publicação 048/92 EESC-USP VELLOSO, Dirceu A.; LOPES, Francisco. Fundações volumes I e II. Editora Oficina de Textos, 2004. HACHICH, Waldemar. Et al. Fundações: Teoria e Prática, São Paulo, PINI, 1996.
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