Cap 2 Exploracao subsolo

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CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
 
Este capítulo inicia-se com uma introdução que trata das informações obtidas em uma 
exploração do subsolo, assim como as etapas que a compreendem. 
 
 
2.1 Introdução 
 
Na prática, os subsolos não são homogêneos e, em alguns lugares a estratificação pode variar 
muito mesmo dentro de uma distância horizontal de 15 a 30 m. As informações solicitadas a um 
programa de investigação do subsolo são geralmente as seguintes: 
 Determinação da extensão, profundidade e espessura de cada horizonte de solo dentro de 
uma determinada profundidade que vai depender da dimensão e natureza da estrutura, 
além de uma descrição do solo, que inclua a sua compacidade se o solo não for coesivo e 
estado de consistência se o solo for coesivo; 
 Profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre: 
extensão, profundidade e espessura de cada estrato rochoso; dimensão, mergulho e 
espaçamento de juntas e planos de acamamento; presença de zonas de falhas e o estado 
de alteração e decomposição. 
 Informações sobre a ocorrência de água no subsolo: profundidade do lençol freático e suas 
variações, lençóis artesianos ou empoleirado; 
 Propriedades de engenharia dos solos e rochas “in situ”, tais como, compressibilidade, 
resistência ao cisalhamento e permeabilidade; 
 Obtenção de amostras deformadas e indeformadas para a realização de ensaios de 
laboratório. 
 
Essa investigação pode ainda ser dividida nas seguintes etapas: 
 
a) Investigações de reconhecimento: tem como objetivo determinar a natureza das formações 
locais para a escolha das áreas mais adequadas à instalação de um projeto. Incluem mapas 
geológicos e pedológicos, aerofotogrametria, visitas aos locais e eventuais sondagens; 
b) Exploração para anteprojeto: realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a 
escolha de soluções, como o tipo de fundação, classificação e capacidade de uma jazida; 
c) Exploração para projeto executivo: destina-se a complementar as informações geotécnicas 
disponíveis, visando a solução de problemas do projeto executivo. Ex.: sondagens para 
cálculo do comprimento de estacas; 
d) Exploração durante a construção: realizada quando surgem problemas não previstos nas 
etapas anteriores. 
 
As técnicas usadas para a exploração do subsolo podem ser classificadas em: métodos 
indiretos, semidiretos e diretos. A seguir uma breve descrição desses métodos. 
 
 
2.2 Métodos Indiretos 
 
São aqueles onde a determinação das propriedades das camadas do subsolo é feita 
indiretamente pela medida (através de equipamentos eletrônicos) de características físicas do material, 
sem necessidade de escavações. 
São também chamados de métodos geofísicos, sendo que os índices obtidos na prospecção 
mantêm correlação com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se estimar 
profundidades e espessuras. 
a) Resistividade Elétrica (Eletrorresistividade): propagação de corrente elétrica aplicada ao 
subsolo por equipamentos apropriados (Figura 2.1); 
b) Métodos Sísmicos: são usados para estudo geológico (detecção de camadas a grandes 
profundidades). Utilizam a propagação das ondas elásticas, que variam de acordo com a 
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rocha. Este método é usado para pesquisas de petróleo e estudos geotécnicos que exigem 
prospecção de camadas geológicas profundas; 
c) Eletromagnéticos: mede as variações locais da componente vertical do magnetismo 
terrestre. O objetivo é detectar rochas/solos com muitos minerais como Fe, Mg, Mn, Ca e 
Mg, por exemplo. 
 
 
Figura 2.1 – Técnica de sondagem elétrica vertical, arranjo Schlumberger 
 
Fonte: www.tecgeofisica.com.br 
 
 
2.3 Métodos Semidiretos 
 
Processos que fornecem informações sobre as características do terreno, porém sem 
possibilitar a coleta de amostras ou informações sobre a natureza do solo. Incluem-se nesta 
classificação os ensaios “in situ”, tais como: 
 
a) Ensaio de Palheta (vane test) 
 
É empregado na determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada de depósitos de 
argila moles. O ensaio 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. Desta forma, pode-se observar que é necessário o conhecimento prévio do 
solo onde será realizado o ensaio, não só para avaliar a sua aplicabilidade, como par posterior 
interpretação dos resultados obtidos. 
 
Este ensaio é normatizado pela NBR 10905/89 e ASTM 
D2573-08. A realização consiste na cravação estática de 
palheta de aço até a posição desejada para a execução do 
teste. Uma vez posicionada, aplica torque à ponteira por 
meio de unidade de medição, com velocidade de 6 
graus/minuto. O torque máximo permite a obtenção do valor 
de resistência não-drenada do terreno, nas condições de 
solo natural indeformado. 
 
 
 
 
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Posteriormente, para obtenção da resistência não-drenada, representativa de uma condição 
pós-amolgamento da argila, gira-se a palheta rapidamente por 10 voltas consecutivas, obtendo-se a 
resistência não drenada do terreno nas condições de solo “amolgado”, permitindo avaliar a sensibilidade 
da estrutura de formação natural do depósito argiloso. Através desse ensaio, podem-se obter os 
seguintes resultados: 
 Gráfico de torque em função da rotação; 
 Resistência não-drenada nas condições naturais; 
 Resistência não-drenada nas condições amolgadas; 
 Sensibilidade da estrutura da argila. 
 
b) Ensaios de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) 
 
Os ensaios de cone e piezocone (cone com medição de poro-pressões) vêm se caracterizando 
internacionalmente como uma das mais poderosas ferramentas de prospecção geotécnica. Os 
resultados obtidos no ensaio podem ser utilizados para a determinação da estratigrafia do subsolo, das 
propriedades geomecânicas dos seus materiais constituintes, e para a previsão da capacidade de carga 
das fundações. Dentre as principais vantagens do ensaio pode-se citar: 
 Registro contínuo da resistência à penetração; 
 Descrição detalhada da estratigrafia do subsolo; 
 Obtenção de parâmetros de projeto; 
 Eliminação de qualquer influência do operador nas medidas realizadas no ensaio. 
 
 
Figura 2.2 – Equipamentos para o ensaio CPT/CPTU 
 
Fonte: http://www.damascopenna.com.br 
 
O ensaio de cone é normalizado por várias instituições, como por exemplo, pela ASTM (1979), 
pela ISSMFE (1977, 1989) e também pela ABNT no Método Brasileiro MB-3406/1991. O princípio do 
ensaio é bastante simples, consistindo na cravação no terreno da ponteira cônica (Figura 2.2) a uma 
velocidade constante de 20 mm/s. As medidas realizadas durante a cravação da ponteira são: 
resistência de ponta, resistência lateral e poro-pressões geradas, no caso de piezocone. 
 
c) Ensaios pressiométricos 
 
Ensaio que emprega um elemento de forma cilíndrica projetado para aplicar uma pressão 
uniforme nas paredes de um furo de sondagem, através de uma membrana flexível, promovendo a 
consequente expansão de uma cavidade cilíndrica na massa de solo. Fornece uma medida contínua do 
comportamento tensão x deformação de solos durante a expansão/contração. 
 
 
 
 
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Na foto ao lado temos a ilustração do pressiômetro tipo Ménard, nesse 
equipamento a sonda é inserida em um furo de sondagem previamente 
escavado. Essa técnica é simples quando comparada com os demais, pois 
exigem cuidados especiais para evitar a perturbação do solo decorrente do 
processo deperfuração. 
 
 
 
 
 
 
 
d) Ensaios dilatométricos 
 
O dilatômetro (Figura 2.3) consiste de uma lâmina de aço inoxidável dotada de uma membrana 
circular de aço muito fina em uma de suas faces, similar a um instrumento tipo célula de pressão total. O 
ensaio dilatométrico (DMT) consiste na cravação da lâmina dilatométrica no terreno, medindo-se o 
esforço necessário à penetração, para em seguida usar a pressão de gás para expandir a membrana de 
aço (diafragma) no interior da massa de solo. O equipamento é portátil e de fácil manuseio, sendo a 
operação simples e relativamente econômica. 
 
 
Figura 2.3 – Dilatômetro sísmico (SDMT) 
 
Fonte: http://www.insitusoil.com/dilatometer.html 
 
 
A interpretação dos resultados dilatométricos possibilita a estimativa de parâmetros 
constitutivos do solo a partir de correlações semi-empíricas, em particular do coeficiente de empuxo no 
repouso, do módulo de elasticidade, da razão de pré-adensamento, da resistência ao cisalhamento não-
drenada em argilas e do ângulo de atrito interno de areias. É possível também aplicar o ensaio como 
indicativo do tipo de solo. 
 
e) Ensaios de permeabilidade “in situ”: 
 
O ensaio mais usado na determinação da permeabilidade “in situ” de formações terrosas é o 
ensaio designado por Lefranc. É realizado em furos de sondagem e no decorrer da realização destas, 
normalmente a diversas profundidades. 
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Consiste em introduzir ou bombear água numa cavidade de forma fixa, esta situada a uma 
determinada profundidade do terreno em relação ao qual se pretende conhecer a permeabilidade. Este 
ensaio pode ser feito com carga hidráulica constante ou variável. 
No ensaio com carga hidráulica constante introduz-se (Figura 2.4a) ou bombeia-se (Figura 
2.4b) um caudal (vazão de água) constante na cavidade de forma a verificar-se a estabilização do nível 
aquífero na sondagem. Nesse caso, a interpretação dos ensaios baseia-se na Aplicação da Lei de 
Darcy, ou seja, a vazão Q é proporcional ao coeficiente de permeabilidade k e a carga hidráulica h. 
 
 
Figura 2.4 – Ensaio de permeabilidade do tipo Lefranc com carga constante. 
 
 
 
 
A carga hidráulica é dada pela altura de água no furo acima do nível freático (a carga é 
considerada nula antes do ensaio). A posição do nível freático, no entanto, nem sempre é de fácil 
determinação, o que dificulta a obtenção correta do coeficiente de permeabilidade. Para minimizar os 
erros, é conveniente que se possa garantir com boa aproximação a forma da cavidade, 
preferencialmente cilíndrica. 
No ensaio com carga hidráulica variável introduz-se ou bombeia-se um dado volume de água 
na cavidade e registram as variações de nível piezométrico no furo de sondagem ao longo do tempo. 
Este tipo de ensaio é, em geral, realizado em solos pouco permeáveis. Na Figura 2.5 representa-se, em 
esquema, o dispositivo de Brillant com o qual é possível fazer a determinação do coeficiente de 
permeabilidade quando a carga h é variável ao longo do tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2.5 – Ensaio de permeabilidade do tipo Lefranc (dispositivo de Brillant) com carga variável. 
 
 
 
 
2.4 Métodos Diretos 
 
Consistem em um conjunto de operações destinadas a observar diretamente o solo ou obter 
amostras ao longo de uma perfuração. Podem ser: 
 Manuais: poços, trincheiras e trados; 
 Mecânicos: sondagens à percussão com circulação de água – SPT e sondagens rotativas. 
 
Conforme mencionado anteriormente, nesses métodos há retirada de amostras, portanto é 
necessário conhecer os tipos de amostragem. 
 
2.4.1 Amostra 
 
A finalidade da amostragem de solo é a obtenção de corpos de prova para a realização de 
ensaios de laboratório, e a determinação da composição e estrutura do material. As amostras de solo 
podem ser divididas em três tipos: 
 
a) Amostras não-representativas 
 
São aquelas que no processo de extração há perda ou troca de constituintes minerais, além de 
modificações da estrutura do solo. Não servem para ensaios de laboratório, mas apenas para 
identificação expedita. Incluem-se entre elas as amostras lavadas, colhidas durante o processo de 
perfuração por circulação de água nas sondagens à percussão (SPT). 
b) Amostras representativas ou amolgadas: 
 
São aquelas em que no processo de extração são preservados os constituintes minerais, 
porém perdem sua estrutura devido à extração. Estas amostras se prestam para os ensaios onde não é 
importante a preservação da estrutura do solo como, por exemplo, os ensaios de caracterização do solo. 
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c) Amostras indeformadas: 
 
São amostras que, além de representativas, preservam ao máximo a estrutura do solo. São 
mantidos o peso específico aparente e a umidade natural do solo. São extraídas com amostradores e 
cuidados especiais no seu manuseio e transporte. Em geral, o custo do processo de obtenção é caro, e 
só é justificado quando há necessidade de realização de ensaios mecânicos de resistência. 
 
 
2.4.2 Métodos Manuais 
 
a) Poços ou trincheiras 
 
Os poços são perfurações feitas com pás e picaretas, em solos coesivos, acima do nível 
d’água, permitindo o exame visual das paredes da escavação, com obtenção de amostras deformadas e 
indeformadas. A NBR 9604/86 especifica os procedimentos para a execução de poços e trincheiras de 
inspeção em solos para a retirada das amostras, deformadas e indeformadas. Recomenda-se verificar a 
NBR 7250 para identificar e descrever as amostras de solo. 
A Figura 2.6 mostra esquematicamente a escavação de um poço para a retirada de uma 
amostra indeformada. O procedimento consiste em realizar a escavação com seção transversal de, no 
mínimo, 1,0 m de lado (seção quadrada) ou 1,2 m (seção circular), até a profundidade que se deseja 
obter a amostra, evitando-se o pisoteamento do solo quando se estiver a 0,1 m da profundidade 
desejada. A partir desta profundidade deve ser realizada a talhagem lateral do bloco na dimensão 
prevista (geralmente 20x30 cm). Depois de obtido o bloco, aplica-se no mesmo uma camada de parafina, 
para evitar a perda de umidade por evaporação, caso a amostra deva ser ensaiada em laboratório. Em 
seguida procede-se o condicionamento da amostra parafinada dentro de uma caixa de madeira, cujas 
dimensões devem ser maiores que a dimensão do bloco, sendo este espaço preenchido geralmente com 
serragem de madeira. 
 
 
Figura 2.6 – Poço ou trincheira para retirada de amostras de solo 
 
 
 
b) Sondagem a Trado (trados manuais): 
 
A perfuração é efetuada com trados tipo cavadeira ou helicoidal (Figura 2.7), em solos coesivos 
acima do nível d’água, para reconhecimento rápido e econômico das condições geológicas superficiais. 
É usado no início ou avanço para outros tipos de sondagem. 
O método é empregado principalmente no levantamento de jazidas, determinação do nível 
d’água, mudança de camadas, e permite a obtenção de amostras representativas para ensaios 
geotécnicos. 
 CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
À exceção das areias limpas, quando secas, a maior parte dos solos acima do lençol freático 
permite aprofundar os furos de sondagem até 4,0 ou 6,0 metros, sem a necessidade de qualquer 
revestimento para sustentar as paredes do furo e evitar o seu desmoronamento. 
 
 
Figura 2.7 – Tipos de trado usados em sondagem de simples reconhecimento 
 
Fonte: http://www.cerebelo.com.br/laborfort/analises/ 
 
 
2.4.3 Métodos Mecânicos 
 
a) Sondagens à percussão com circulação de água (SPT) 
 
OSPT (Standard Penetration Test) é reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica 
ferramenta de investigação geotécnica em praticamente todo o mundo, sendo empregado tanto para a 
definição da estratigrafia, como em métodos rotineiros de projetos de fundações diretas e profundas, 
especialmente no Brasil. 
As vantagens deste ensaio com relação aos demais são: simplicidade do equipamento, baixo 
custo e a obtenção de um valor numérico que pode ser relacionado com metodologias empíricas de 
projeto. 
No Brasil, o procedimento deste ensaio é normatizado pela NBR 6484/1980. A perfuração é 
iniciada com o trado manual até atingir 1m ou quando for detectado o lençol freático. Em seguida, 
instala-se o tubo de revestimento, que tem como finalidade proteger o furo do desmoronamento (pode-se 
utilizar também lama bentonítica). A partir daí passa-se a usar, alternadamente, o amostrador e o 
trépano. O amostrador realiza a coleta de amostras por cravação no solo, além de fornecer um índice de 
resistência à penetração (NSPT), que corresponde ao número de golpes necessário para fazer o 
amostrador penetrar 30 cm, após uma cravação inicial de 15 cm. O trépano é um instrumento cortante, 
com saída de água nas extremidades, utilizado na fase de avanço por circulação de água, em que o 
material é escavado pela injeção de água e removido pela circulação da mesma, com auxílio de bomba. 
A Figura 2.8 ilustra as etapas de circulação de água e avanço da sondagem por penetração dinâmica. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2.8 – Etapas na execução de sondagem a percussão: avanço da sondagem por circulação de 
água e (b) ensaio de penetração dinâmica (SPT). 
 
 
 
Durante a realização do ensaio de penetração também devem ser coletadas amostras de solo, 
conforme recomendado pela NBR 6484. Segundo esta norma, as amostras dos solos devem ser 
coletadas pelo amostrador-padrão, a cada metro de perfuração, a partir do primeiro metro de 
profundidade, ou quando houver mudança de material, procedendo-se também à medida da resistência 
à penetração. 
O ensaio SPT tem sido usado para inúmeras aplicações, desde amostragem para identificação 
dos diferentes horizontes, previsão da tensão admissível de fundações diretas em solos granulares, até 
correlações com outras propriedades geotécnicas. As correlações de origem empírica são obtidas em 
geral em condições particulares e especificas, com a expressa limitação de uso por parte dos autores, 
mas acabam extrapoladas na prática, muitas vezes de forma não apropriada. Além disto, resultados de 
ensaios SPT realizados em um mesmo local podem apresentar dispersão significativa. 
Os elementos obtidos nas sondagens são apresentados em desenho denominado de perfil 
geotécnico, o qual é elaborado para cada furo de sondagem executado (Figura 2.9). As sondagens 
devem ser representadas na escala de 1:100, a não ser para sondagens muito profundas, quando se 
pode utilizar escala menor. O perfil geotécnico obtido na sondagem é parte integrante do relatório de 
sondagem, acompanhado também pela locação dos furos de sondagem na área investigada. 
 
 
 
 CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
Figura 2.9 – Exemplo de perfil individual de sondagem 
 
 
 
b) Sondagens Rotativas: 
 
Consiste no uso de um conjunto moto-mecanizado projetado para a obtenção de amostras 
contínuas de materiais rochosos através de ação perfurante dada por forças de penetração e rotação. 
São normalmente empregadas quando a sondagem de simples reconhecimento atinge estrato rochoso, 
matacões ou solos impenetráveis à percussão. 
 CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
Os principais objetivos de uma sondagem rotativa é a obtenção de amostras, conhecidas como 
testemunhos de sondagem, e a abertura de furos para a realização de ensaios de outros ensaios (perda 
d’água, etc.). 
Depois de instalado o equipamento (Figura 2.10 e 2.11) no 
local a ser realizado o furo, inicia-se a manobra, que consiste em 
ciclos sucessivos de corte e retirada dos testemunhos. O 
comprimento da manobra é função do comprimento do barrilete e da 
qualidade do material prospectado. Ao final de cada manobra o 
barrilete é retirado do furo e os testemunhos obtidos são 
cuidadosamente removidos e dispostos na caixa de testemunho, 
conforme a foto ao lado. 
A obtenção dos testemunhos permite a classificação do tipo 
de material prospectado e a determinação de um índice de qualidade denominado como RQD (Rock 
Quality Designation). O RQD, apresentado em muitos perfis de sondagem como “recuperação”, permite 
a avaliação da qualidade da rocha, conforme apresentado na Tabela 2.1. 
 
 
Tabela 2.1 – Classificação da qualidade das rochas 
RQD (%) Qualidade do maciço rochoso 
0 – 25 Muito fraco 
25 – 50 Fraco 
50 – 75 Regular 
75 – 90 Bom 
90 – 100 Excelente 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.10 – Ferramentas de sondagem: barrilete(a), tubo de revestimento(b) e coroa (c). 
 
 
Fonte: http://www.sondeq.com.br/arquivos/ferramentas_sondagem.pdf 
 
 
 CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
 
 
Figura 3.11 – Equipamentos de sondagem rotativa
 
 
 
 
 
 
 
As sondagens rotativas podem também ser realizadas como continuação das sondagens a 
percussão, quando nestas for atingido o impenetrável, sendo neste caso apresentado no perfil 
geotécnico do furo, além do número de golpes a percussão, o RQD, ou recuperação, e a descrição da 
rocha. Neste caso, a sondagem é dita mista e o perfil geotécnico é apresentado conforme mostrado na 
Figura 2.12. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CAPÍTULO 2 – EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO
 
 
Figura 2.12 – Perfil individual de uma sondagem mista 
 
Fonte: http://www.acaoengenharia.com.br/sondagem