Aula 3 Investigações Geotécnicas

Prévia do material em texto

INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICASINVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
ALFRAN SAMPAIO MOURA, D.Sc.
Universidade Federal do Ceará UFCUniversidade Federal do Ceará - UFC
Fundações
Fundações
Investigações de CampoInvestigações de Campo
“ O engenheiro geotécnico anteriormente a execução de um 
projeto de fundações precisa, da mesma forma que um 
médico fazer exames de seu paciente que é o local onde será
Fundações
médico, fazer exames de seu paciente que é o local onde será 
assentada a sua obra” 
Objetivos das Investigações de CampoObjetivos das Investigações de CampoObjetivos das Investigações de CampoObjetivos das Investigações de Campo
 Determinação da estratigrafia (delimitação das camadas) ;
 Determinação das propriedades geotécnicas mais 
apropriadas para a realização de um projeto de fundações;
 Determinação do nível d`água (NA);ç g ( )
 Determinação de substâncias químicas orgânicas e ç q g
inorgânicas no solo (contaminantes).
Fundações
Etapas da Investigação GeotécnicaEtapas da Investigação Geotécnica
 Investigação preliminar
- Objetiva-se obter as principais características
- Em geral, apenas SPT
- Espaçamento amplo e regular (1 SPT/15m ou 20m)
 Investigação complementar
Deseja se esclarecer as feições relevantes- Deseja-se esclarecer as feições relevantes
- Caracterizar as propriedades mais importantes
- Sondagens complementares p/ atender exigências Norma
- SPT mistas CPT prova de carga e amostras indeformadas (laboratório)
 Investigação para a fase de execução
- SPT, mistas, CPT, prova de carga e amostras indeformadas (laboratório)
- Deve ser indicada pelo projetista/responsável da obra
- Visa confirmar as condições de projeto em áreas críticas
- Às vezes, é necessária pela dificuldade de executar o tipo de fundação 
Fundações
previsto
Seleção do Tipo de Ensaio de CampoSeleção do Tipo de Ensaio de Campo
 D d d di õ ló i Depende das condições geológicas;
D d d i it d j t Depende dos requisitos de projeto;
D d d é d d áli d j d j Depende do método de análise desejado para o projeto.
Fundações
Processos de InvestigaçõesProcessos de Investigações
 Poços e Sondagens a Trado
 Sondagens à Percussão (SPT)g ( )
 Sondagens Rotativas
 Sondagens MistasSondagens Mistas
 Ensaios de Cone (CPT)
 Ensaios Pressiométricos (PMT) Ensaios Pressiométricos (PMT)
 Provas de Carga
 Ensaios Sísmicos Ensaios Sísmicos
 Ensaios Dilatométricos (DMT)
 Ensaio de Palheta (Vane Test)
Fundações
( )
Sondagens Rotativas
indicados quando há ocorrência de elementos de rochas (matacão) que- indicados quando há ocorrência de elementos de rochas (matacão) que 
precisam ser ultrapassados na investigação
- hastes giradas por um cabeçote de 
perfuração e empurradas por um sistema 
hidráulico
li ã i it i- ligação com uma mangueira permite via 
bombeamento a circulação de água pelas 
hastes girantes
na extremidade das hastes há um barrilete- na extremidade das hastes há um barrilete 
diamantado que permite o corte e a retirada 
de amostras (testemunhos)
Fundações
A qualidade da rocha é indicada pelo RQD (Rock Quality Designation) e 
corresponde a percentagem de fragmentos maiores que 10 cm obtidos 
d t f ãdurante a perfuração
RQD(%) Qualidade da Rocha
0 - 25 muito fraca
25-50 fraca
50-75 regular
Fundações
75-90 bom
90-100 excelente
Fundações
Fundações
Fundações
Sondagens Mistas
C bi ã d i t d d t ti i t d- Combinação do equipamento de sondagem rotativa e o equipamento de 
sondagem à percussão (SPT)
Fundações
Fundações
C ã l t t t d h t t ô i
Ensaio de Cone (CPT)
Cravação lenta e constante de uma haste com ponta cônica
- Mede-se a resistência de ponta (q ) e a resistência lateral ( )- Mede-se a resistência de ponta (qc) e a resistência lateral (c)
- As cargas (e daí as tensões) são medidas na superfície por sistemas 
hidráulicos ou elétricos (cones elétricos)
Modelos mais modernos permitem medições da pressão da água nos
Fundações
- Modelos mais modernos permitem medições da pressão da água nos 
poros do solo por transdutores (piezocones)
Fundações
qc = resistência de 
ponta
R ( /q ) 100R = (c /qc).100
u = pressão na água
dos poros
Fundações
-O ensaio fornece indicações do tipo de solo atravessadoç p
- Possibilita a estimativa de parâmetros: Dr, ’, E’, Eoed, ho e Ko
- Como não há retirada de amostras é mais prudente que o CPT seja 
associado a algumas sondagens à percussão (SPT)
- Dados do ensaio servem para:
P j t d f d õ di t f dProjetos de fundações diretas e profundas
Fundações
Ensaio Pressiométrico
Elemento de forma cilíndrica projetado para aplicar pressão uniforme 
nas paredes de um furo de sondagem, através de uma membrana flexível, 
promovendo a expansão de uma massa cilíndrica de solopromovendo a expansão de uma massa cilíndrica de solo.
Uma das mais poderosas ferramentas de investigação 
de campo (Cavalcante, 2002)
V tVantagens:
- Fácil execuçãoç
- Medida contínua do 
comportamento tensão-
deformaçãoç
- Interpretação racional pela 
teoria da expansão de 
cavidade
Fundações
PMT1 - 1mtrecho de ã
trecho trecho PMT1 1m
700,00
800,00
recompressão pseudo-elástico elasto-plástico
300,00
400,00
500,00
600,00
V
o
l
u
m
e
 
(
c
m
3
)
curva
corrigidacélula de
células de guarda
(garantem a forma 
cilíndrica da cel. de 
medição) 
0,00
100,00
200,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
V
g
medição
pfpo
pl
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Pressão (kPa)
Sonda do Pressiométro de Ménard (UFPB)
Curva pressão x volume típica
Medidas do ensaio:
p : pressão inicial (sonda toca as paredes do furo) - K
Fundações
po : pressão inicial (sonda toca as paredes do furo) Ko
pf : pressão de fluência (final do trecho linear) – E e G
pl : pressão limite (indica a ruptura) - Qrup
Tipos de pressiômetros:
pressiômetro de Ménard 
(S h id 2000)
-Em perfurações (pré-furo): 
Ménard
(Schnaid, 2000).
-Autoperfurantes: Self-boring 
C k tou Cankometer
-Cravados: Cone--Cravados: Cone
pressiômetro
Cone pressiômetro
Fundações
Cone-pressiômetro 
(Lopes, 2004)
Ensaios Dilatométricos
Lâmina longa de 14 mm de espessura, 95 mm de lado e 220 mm de 
comprimento que é introduzida no solo. Uma das faces da lâmina 
t di f táli d 60 d diâ t dapresenta um diafragma metálico de 60 mm de diâmetro capaz de 
promover uma expansão lateral de 1,1mm por meio da aplicação de 
pressão de um gás.
 
Fundações
Lâmina dilatométrica
M did d iMedidas do ensaio: 
Po = pressão correspondente a uma expansão de 0,05mmo p p p ,
P1 = pressão correspondente a uma expansão de 1,1 mm
Parâmetros dilatométricos:Parâmetros dilatométricos:
l o
D
l o
P PI
P u
 
índice material
'
o o
D
vo
P uK 
 índice de tensão horizontal
.( )D D l oE P P  módulo dilatométrico
Fundações
onde D é igual a 34,7 para um diâmetro da membrana flexível de 60 mm e para uma expansão de 1,1 mm.
Ensaio de Palheta Ensaio de Palheta –– Vane TestVane Test
Utilizado para a determinação da resistência não-drenada de argila mole;
Descrição do equipamento:
Palheta de 4 aletas: D = 65 mm e h = 130 mm;– Palheta de 4 aletas: D = 65 mm e h = 130 mm;
– Haste;
– Sistema de aplicação e medição de torque que forneça ao sistema hastes + 
palheta uma rotação de (6 ± 0,6) º/min.
 
Fundações
Procedimento:Procedimento: 
Aplica-se torque necessário para causar a ruptura da palheta que se dá ao longo de 
uma superfície cilíndrica 
 
(a) Manual (b) Automático 
Fundações
 
A t ã d lt dApresentação dos resultados:Fundações
Provas de Cargaovas de Ca ga
- Forma mais precisa para o cálculo da capacidade de carga
- Executada em fundações profundas ou superficiais (em placa)
- Aplica-se cargas crescentes a uma estaca teste (em tamanho real) , 
cravada previamente, e registra-se os deslocamentos correspondentesp g p
- Esforços de compressão ou tração
- Ensaio deve reproduzir as condições mais próximas das solicitações 
ireais
Normalizado pela MB 3471/91
Fundações
- Normalizado pela MB 3471/91
Esquema de uma prova de carga Prova de carga
Fundações
Esquema de prova de carga em estaca – 4 estacas de reação
Fundações
Esquema de prova de carga em estaca – seções transversais
Fundações
Esquema de prova – 6 estacas de reação (1 principal e 3 secundárias)
Fundações
ligação entre as vigas feita por uma barra de DYWIDAG 
que sai do centro da estaca de reação
a estaca ensaiada deve apresentar um bloco de 
coroamento para absorver os esforços durante o ensaio 
Fundações
defletômetro
viga de
reação
defletômetro
(registro de 
recalques)
Equipamento para prova de carga direta (D  80 cm)
macaco
(aplicação de
)
t /
carga)
Placa
estaca p/
reação Macaco hidráulico para aplicação de carga
Esquema de uma prova de carga direta (placa)
FundaçõesMacaco hidráulico para aplicação de carga
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
0,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Pressão (kgf/cm2)
1,00
2,00
3,00
4 00
(
m
m
)
4,00
5,00
6,00
7,00
8 00
R
e
c
a
l
q
u
e
 
(
8,00
9,00
10,00
0,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Pressão (kgf/cm2)
1,00
2,00
3,00
4,00
(
m
m
)
,
5,00
6,00
7,00
8 00
R
e
c
a
l
q
u
e
 
Fundações
8,00
9,00
10,00
Tipos de ensaios:
- Carregamento lento
- Carregamento rápido em estágios
- Velocidade de recalque constante
- Carregamento cíclico
- Método da carga de equilíbrio
Fundações
Prova de carga direta (em placa)Prova de carga direta (em placa)
Obra: Cond. Residencial
Equipamento:
Placa metálica de 0 50m2Placa metálica de 0,50m
2 extensômetros (diam. opostos)
Macaco hidráulico reagindo sob caçamba 
carregada de brita
Fundações
carregada de brita
Forma de carregamento: lento
0 1 2 3 4 5 6
Pressão (kgf/cm2)tensão de trabalho
0,00
1,00
2,00
3,00
m
m
)
4,00
5,00
6,00
7,00
8 00
R
e
c
a
l
q
u
e
 
(
m
8,00
9,00
10,00
Estágio Pressão 
(kg/cm2)
Recalque 
(mm)
Estágio Pressão 
(kg/cm2)
Recalque 
(mm)
1,23 6,71
1 38 6 64
0,49 1 3,981
CARREGAMENTO DESCARREGAMENTO
1,38 6,64
1,59 6,42
1,69 6,39
2,18 6,22
2,35 6,22
2,56 5,50
2,67 5,49
4 4
3
2
0,001,89
0,95 2 2,37
1,44 3 1,33
2,94
3,15
3,30
3,44
3,79
4,07
4,37
4 58
3,798
5
3,33
2,84
7
6
2,39
Fundações
4,58
5,08
5,18
5,94
6,81
5,3
4,549
10
P d C 07P rova de Carga - 07
0
0 20 40 60 80 100
Carga (x 10 kN )
20
40
60
a
l
q
u
e
 
(
m
m
)
80
100
R
e
c
Resultado de uma prova de carga em estaca de concreto armado, 30 x 30 cm 
e comprimento de 3.9 m
Ensaio lento em estágios (compressão)
Solo: Areia siltosa, mediamente compacta a compacta, NA = 
3,1m (aldeota)
Fundações
Carga de ruptura n 600 kN (nítida, recalque consideráveis)
Casos em que a ruptura não é nítida:Casos em que a ruptura não é nítida:
NBR 6122/96
Casos em que o ensaio não atinge a ruptura:
Extrapola-se a curva carga x recalque por métodos consagrados
(Van Der Veen, Davisson, Chin, De Beer, Brinch-Hansen, 
Mazurkiewicz)
Fundações
Mazurkiewicz)
Van Der Veen (1953)
Relaciona-se num gráfico semi-logarítmico os valores de 1-Q/Qult
com os de recalquecom os de recalque 
Arbitra-se valores para Qult
Processo interativo até conseguir uma reta (carga de ruptura)
 Van der Veen - 01
-ln (1-Q/Qu)
0
0 1 2 3 4
-ln (1-Q/Qu)
0,5
1
1 5
q
u
e
 
(
m
m
)
Qu - 600
Qu - 800 
R2 = 0,9844
1,5
2
2,5
r
e
c
a
l
q
Qu - 1000
Qu - 1200
Qu - 1400
Fundações
Qu - 1400
Linear (Qu - 1000)
Trabalho – Capacidade de carga de estacas por 
dprova de carga
Fundações
Ensaios Sísmicos
Método Cross-hole
Medição da velocidade de propagação de uma onda entre 2 furos à 
mesma profundidade
receptor
Fundações
S d à P ã (SPT)Sondagens à Percussão (SPT)
Características
- ensaio mais mais utilizado para projetos de fundações
- perfurações capazes de ultrapassar o NA e atravessar solos 
iresistentes
- furo a trado, revestido ou não
- perfuração interrompida a cada metro para a execução de um- perfuração interrompida a cada metro para a execução de um 
ensaio de penetração (SPT - standard penetration test)
- normalizado pela NBR 6484
Fundações
Procedimento
- A cada metro de profundidade, crava-se um amostrador 
padrão por golpes sucessivos de um peso de 65 kg caindo de 
75 cm de altura
- Anota-se o no de golpes necessários para cravar 45 cm do 
amostrados em 3 conjuntos de golpes para cada 15 cmamostrados em 3 conjuntos de golpes para cada 15 cm
- O SPT é o no de golpes necessário para cravar os 30 cm 
fi i d t dfinais do amostrador
- Após a determinação do SPT o amostrador é retirado doApós a determinação do SPT o amostrador é retirado do 
solo, colhe-se a amostra e a perfuração segue com trado 
manual ou circulação d`água utilizando-se bomba ou motor
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
ÃAMOSTRADOR-PADRÃO “RAYMOND”
Di = 34,9 mm, De = 50,8 mm
Fundações
Fundações
Fundações
Fundações
E í i A l SPTExercício – Amolgamento no SPT
Fundações
Resultado
02
AMOSTRADOR PADRÃO SPT PROCESSO EXECUTIVO
PERFIL DE SONDAGEM SP-
- Perfil de resistência ao 
longo da profundidade
10,45m
10.45m
99,83
1
10 20 30 40
GRÁFICO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO
SPT
PERFIL GEOTÉCNICO
CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL
AMOSTRADOR PADRÃO - SPT
MARTELO 65 Kg
QUEDA 75 cm
Ø EXTERNO - 2"
Ø INTERNO - 1.3/8"
PROCESSO EXECUTIVO
TRADO ATÉ 1.00m LAGAVEM - 1.00m à 
REVESTIMENTO DE 0 à
Aterro em entulho.
- Obtenção das camadas 
de solo (estratigrafia) 2
3
1/60
1/65
N.A.
2
3
4
5
Areia fina a média, siltosa, fofa,
esbranquiçada.
Areia fina a média, argilosa, fofa,
cinza e amarelada.
1,12
0,80
2,00
de solo (estratigrafia)
- Profundidade do Nível 
d’á (NA)
23
22
3
13
6
7
8
9
Argila arenosa, com pigmentação ferruginosa,
rija a dura, esverdeada.
6,15
d’água (NA)
- Cota da sondagem 
29
33/30
10
Areia argilosa, compacta, esverdeada.
8,80
10,45
g
OBS.:
1) O NA foi encontrado na profundidade 
2) Furo feito a trado até 1,00m, revestido e 
de 1,12m.
prosseguido com lama de estabilização
bentonítica.
3) Por ordem da contratante o f ro
Edificação com 3 pavimentos
Rua Barão de Sobral, Montese, Fortaleza-CE
1
LEGENDA
- Nº DA AMOSTRA
- NÍVEL D'ÁGUAN.A.
Cliente:
Obra:
Local:
3) Por ordem da contratante, o furo 
foi terminado a 10,45m de profundidade.
Fundações
Rua Barão de Sobral, Montese, Fortaleza CE
17/06/09
0302
- IMPENETRÁVEL
À PERCUSSÃO
Local:
Escala: 1/100 Data:
VISTOSondagem SP- Desenho:
Os dados da Sondagem a Percussão (SPT) servem para:
1. Estabelecimento da compacidade ou consistência do solo (utilizado 
para compor a descrição do solo norelatório de sondagem, dando uma 
noção do comportamento do solo para o projetista das fundações)
Solo SPT(N) Compacidade/Consistência
areias e siltes  4 fofa (o)
8 ( )5-8 pouco compacta (o)
9-18 mediamente compacta (o)
19-40 compacta (o)
>40 muito compacta (o)
argilas  2 muito mole
3-5 mole
6-10 media
11-19 rija
>19 dura
Fundações
Construção de perfis de solo ao longo da área
Fundações
Programação de sondagens para projetos de fundações deProgramação de sondagens para projetos de fundações de 
edifícios
no de sondagens: deve ser o suficiente para fornecer um 
quadro, o melhor possível, da provável variação das 
d d b l d l l dcamadas do subsolo do local em estudo
no mínimo:n mínimo: 
- 1 para cada 200 m2 de área de projeção em planta do 
edifício, até 1200 m2,
- entre 1200 m2 e 2400 m2, uma para cada 400 m2 que 
excederem de 1200 m2
i d 2400 2 fi d d d l- acima de 2400 m2, fixado de acordo com o plano 
particular da construção
Fundações
Em quaisquer circunstâncias o número mínimo de 
sondagens deve ser:sondagens deve ser:
- 2 para área da projeção em planta do edifício até 200 m2
- 3 para área entre 200 a 400 m2
Fundações
Locali ação das SondagensLocalização das Sondagens
SP-01
2
1
-Posições de solicitações 
críticas
SP-01
4
6
5
1
3
2
SP-03
críticas
-Cobrir maior área projetada 
possível
SP-02
4102071190
5
0
4
4
possível
5
2
3
5
Fundações
LIMITES DO TERRENO
5
Extra - Parangaba
Fundações
Profundidade das Sondagens
P P
9
7
7
SPT
10
11
41
9
21
74
32/1232/12
35/10
35/7
-Até a profundidade de atuação das tensões solicitantes
-Até o impenetrável
Fundações
p
Critérios de paralisação
A cravação do amostrador-padrão é interrompida antes dos 
45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes 
it õsituações:
- em qualquer dos três segmentos de 15cm, o número deem qualquer dos três segmentos de 15cm, o número de 
golpes ultrapassar 30
- um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a 
cravação
- não se observar avanço do amostrador-padrão durante a 
aplicação de cinco golpes sucessivos do marteloaplicação de cinco golpes sucessivos do martelo
Fundações
O processo de perfuração por circulação de água, associado aos 
ensaios penetrométricos, deve ser utilizado até onde se obtiver, nesses p , ,
ensaios, uma das seguintes condições:
d 3 i bti 30 l t ã d- quando, em 3m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 
15cm iniciais do amostrador padrão
- quando, em 4m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos q g p p p
30cm iniciais do amostrador padrão
- quando, em 5m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 
45cm do amostrador padrão45cm do amostrador padrão
- O ensaio deve ter duração de 30 min, devendo-se anotar os avanços 
d t é d l btid d í d d 10 ido trépano de lavagem obtidos em cada período de 10 min
- A sondagem deve ser dada por encerrada quando, no ensaio de g p q ,
avanço por circulação d’água, forem obtidos avanços inferiores a 50 
mm em cada período de 10 min
Fundações
Avanços do SPT
Torque
O operador ao término da cravação do amostrador aplica à hasteO operador ao término da cravação do amostrador aplica à haste 
da sondagem uma torção, medindo, por meio de um torquímetro, o 
momento de torção máximo necessário à rotação
Detalhe da conexão do
Fundações
Detalhe da conexão do 
torquímetro com a haste da 
composição do SPT
Execução
Fundações
Utilidade:
Determinação do atrito lateralDeterminação do atrito lateral 
de estacas
Classificação de solos
Fundações
0,00 1,00 2,00
T/N (kgf.m)
0
1
2
3
4
5f 
(
m
)
SPT3
5
6
7
8
P
r
o
f
SPT4
8
9
10
Índice de torque (T/N) ao longo da 
profundidade das sondagens SPT3 e 
SPT4
Fundações
Medição da Energia
- Equipamento denominado SPT ANALYZER de propriedade da 
COPPE/UFRJ 
Uma haste instrumentada com medidores de deformação (strain-- Uma haste instrumentada com medidores de deformação (strain-
gauges) e de aceleração (os acelerômetros) conectados a um 
sistema automático de aquisição de dados 
Medições simultaneamente à realização das sondagens- Medições simultaneamente à realização das sondagens
Sistema de aquisição de dados 
FundaçõesHaste instrumentada do SPT 
ANALYZER
do SPT ANALYZER
Conexão da haste instrumentada 
à composição do SPT
Fundações
Execução da sondagem SPT 
com a haste instrumentada
Fundações
O SPT ANALYZER fornece o registro de força ou de tensão em 
função do tempo nas duas posições dos sensoresfunção do tempo nas duas posições dos sensores
A cada golpe, a tela do analisador apresenta em tempo real a 
energia transmitida às hastes segundo os métodos EF2 e EFV
- linhas dos sensores 1 e 2 
sobrepostas indicam 
excelente qualidade dasexcelente qualidade das 
medidas
- pelo método EF2, 
estima-se uma energia 
t f id d 306J
sinal de força
1 lh transferida de 306J 
- medidas dos 
acelerômetros foram 
desconsideradas por 
sensor 1 - vermelho
sinal de força
sensor 2 - azul
p
problemas nos 
acelerômetros
- estima-se a eficiência em 
64% ( E /E )64% (e=Em/Et)
FundaçõesTela capturada no PDA-Win referente golpe de número 16, de uma seqüência de 55 golpes, da 
sondagem SPT2
A ã d í di d t ã d t d bA correção dos índices de penetração adotando como base
de referência a energia correspondente a 60% da energia
teórica é feito a partir da seguinte expressão:
NN medidomedido eNeN .. 6060 
Fundações
C l õ Utili R lt d d E iC l õ Utili R lt d d E iCorrelações que Utilizam os Resultados do Ensaio Correlações que Utilizam os Resultados do Ensaio 
SPTSPT
- Correlação entre N (SPT) e o ângulo de atrito efetivo (’) das areias
Fundações
- Correlação entre N(SPT) e a resistência não drenada de argilas saturadas 
(Su)
Fundações
Fundações
Fornecer CD “ensaios de campo/Cobramseg”
Trabalho – Seção geotécnica
Fundações