Uso e conservação dos solos

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MECÂNICA DOS SOLOS – Unidade I
Investigações Geotécnica
Profº Gilmar Antonio da Rosa
Disciplina: Mecânica dos Solos
UnC - Concórdia
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Todo PROJETO GEOTÉCNICO
envolve, de algum modo, a
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
(NBR8044 - Projeto Geotécnico)
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Por quê?
Porque desejamos caracterizar o material, por
exemplo: na avaliação de uma Jazida.
Para inferir propriedades mecânicas do material,
por exemplo, sob carregamento externo:
1) quanto resiste ?
2) quanto irá se deformar ?
3) quanto tempo levará para a estabilização ?
Para conhecer o meio físico, por exemplo, o
subsolo.
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O Processo de Investigação
Abordagem Prescritiva:
Quando há normas ou regulamentos que condicionam o
processo de investigação.
Por exemplo a NBR 8036 Programação de Sondagens de
Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios
estabelece um mínimo do uma sondagem para cada 200 m2 de
área da projeção em planta do edifício, sendo no mínimo duas.
Abordagem por Desempenho:
São realizadas investigações por fases em um processo de
descoberta progressiva selecionando-se zonas para um melhor
detalhamento.
Por exemplo, em Investigações Geombientais sobre uma área
contaminada e se deseja refinar o conhecimento sobre a
natureza e a distribuição do contaminante na área.
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Tipos de Investigação
Investigações de reconhecimento:
Tem como objetivo determinar a natureza das formações locais
para a escolha das áreas mais adequadas à instalação de um projeto.
Inclui mapas geológicos e pedológicos, aerofotogrametria, visitas aos
locais e eventuais sondagens.
Exploração para anteprojeto:
Realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a
escolha de soluções tais como: escolha do tipo de fundação,
classificação e capacidade de uma jazida.
Exploração para projeto executivo:
Destina-se a complementar as informações geotécnicas disponíveis,
visando a solução de problemas do projeto executivo. Ex.: sondagens
por estaca (1 em cada estaca ?) para cálculo do comprimento de
cravação.
Exploração durante a construção:
Realizada quando surgem problemas não previstos nas etapas
anteriores.
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A NBR-6497 Levantamento Geotécnico fixa as
condições gerais da investigação geotécnica em
projetos de engenharia por meio de estudos:
• Preliminares sobre a área de interesse do
projeto; e
• Detalhados em geologia de engenharia,
engenharia de solos e engenharia de rochas.
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Os estudos de geologia de engenharia
envolvem:
• A morfologia do terreno e a distribuição
espacial das estruturas geológicas;
• A classificação petrográfica e a gênese das
formações;
• Feições geológicas específicas e o perfil
do intemperismo; e
• As condições hidrológicas de superfície e
de subsuperfície (condições
hidrogeológicas).
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Os estudos de engenharia de solos envolvem:
• A natureza do maciço terroso;
• O posicionamento espacial das diversas
camadas;
• Os parâmetros físicos e mecânicos e suas
variações espaciais; e
• A posição do Ŷível d’água e sua vaƌiação
no tempo.
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Os estudos de engenharia de rochas envolvem:
• A natureza do maciço rochoso;
• O posicionamento espacial das diversas
unidades geológicas;
• Os parâmetros físicos e mecânicos e suas
variações espaciais; e
• A hidráulica do maciço e sua variação no
tempo.
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O Levantamento Geotécnico
pode envolver:
• Mapeamento geológico, topográfico e hidrográfico;
• Sondagens geotécnicas e prospecções geofísicas;
• Abertura de poços, trincheiras ou galerias;
• Coleta de amostras representativas; e
• Execução de ensaios no Campo e em Laboratório;
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Sondagens Geotécnicas
• Sondagem com avanço a trado;
• Sondagem com avanço por circulação de água;
• Sondagem rotativa; e
• Sondagem mista.
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Sondagem a trado (NBR9603)
• Finalidade: coleta de amostras deformadas,
deteƌŵiŶação da pƌofuŶdidade do Ŷível d’água e 
identificação dos horizontes do terreno;
• Emprega-se o trado cavadeira (tipo concha) ou trado
helicoidal;
• Realizado em solos não saturados, friáveis mas
consistentes;
• Amostras devem ser adequadamente identificadas e
acondicionadas;
• Os resultados devem ser anotados em boletim de
campo e apresentados em relatório.
Trados
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Trado
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Sondagem de simples reconhecimento com SPT
(NBR6484)
• Finalidades:
• (i) coleta de amostras deformadas;
• (ii) determinação da profundidade do nível 
d’água;
• (iii) identificação dos horizontes do terreno;
e
• (iv) obtenção do índice de resistência a
penetração NSPT.
Equipamento SPT
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Sondagem de simples reconhecimento com
SPT - Procedimento
• Identificação e locação dos furos de sondagens;
• Avanço inicial do trado até encontrar o nível d’água 
seguido de avanço por circulação de água na região
saturada ou em solos mais resistentes;
• Execução do ensaio SPT e coleta de amostras a cada
metro utilizando o amostrador padrão;
• Profundidade da sondagem especificada pelo cliente
ou até o impenetrável (condições previstas na
norma).
• Os resultados devem ser anotados em boletim de
campo e apresentados em boletim de sondagem.
Standard Penetration Test (SPT)
A perfuração é iniciada com o trado até 1 m e instalado o tubo de
revestimento.
A partir daí troca-se a ferramenta de perfuração no segmento final da
composição de haste pelo amostrador padrão e efetua-se o primeiro SPT.
O ensaio consiste em contar o número de golpes do martelo de 65 kg em
queda livre de 75 cm sobre a cabeça de bater, até a penetração de 45 cm de
toda a composição de hastes, contados em três trechos iguais de 15 cm.
O amostrador padrão é bipartido para permitir a retirada de amostras do solo
que ingressa no interior do amostrador durante sua cravação.
O índice de resistência a penetração denotado por NSPT ou N ou SPT é obtido
pela soma do número de golpes do martelo para penetração dos 30 cm finais.
A sondagem prossegue com avanço até o segundo metro onde é feita a
limpeza do furo e novo ensaio SPT. E assim para cada metro de avanço.
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Standard Penetration Test (SPT)
É obrigatória a descida do revestimento quando as paredes do furo se
mostrarem instáveis. Em casos especiais, pode-se estabilizar o furo com
lama.
Quando a perfuração com trado ficar difícil deve ser adotada a
perfuração com circulação de água utilizando-se o trépano de lavagem e
uma bomba.
O NSPT pode ser representado por uma fração, sendo, por exemplo,
H/65 indicativo que pelo peso próprio da cabeça de bater, composição
de hastes e amostrador houve penetração de 65 cm do conjunto;
P/55 indicativo que pelo apoio suave do martelo (65 kg) na cabeça de
bater, composição de hastes e amostrador houve penetração de 55 cm
do conjunto;
1/48 indicativo que por apenas um golpe houve penetração de 48 cm
do conjunto.
50/30 indicativo que dados 50 golpes houve penetração de 30 cm do
conjunto. Um dos critérios de paralização do ensaio.
SPT
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Fonte: Pinto, C. S. pg.47 (2006)
SPT
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SPT - T
O NSPT é um índice de resistência à penetração
que pode ser correlacionado com algumas
propriedades do solo como consistência ou
compacidade e também com o ângulo de atrito.
Com a realização das medidas de torque
durante o SPT, este passa a ser denominado SPT-
T (Ensaio SPT com Medida de Torque). Uma de
suas principais características é a possibilidade da
determinação estática, com baixo custo adicional,
de uma medida de resistência (T), o que não
ocorre no SPT, já que a medida de resistência
(NSPT) é obtida por um processo dinâmico.
Classificação com base no NSPT (NBR6484 e 7250)
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Exemplo de classificação base NSPT
Fonte: www.martonio.eng.br
Interpretação do Laudo de Sondagem - SPT
Interpretação doLaudo de Sondagem - SPT
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Aplicações do Índice de Resistência à
penetração NSPT
• O NSPT tem aplicações relacionadas com a previsão da tensão admissível
do solo em projetos de fundações e, por meio de correlações empíricas,
com outras propriedades geotécnicas (e.g., ângulo de atrito, densidade
relativa).
• Essas correlações são estabelecidas para 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.
• Deve-se atentar para o fato de que os resultados de ensaios SPT realizados
em um mesmo local podem apresentar dispersão significativa.
• Outra aplicação é na identificação dos horizontes do subsolo,
normalmente obtida combinando a descrição do testemunho de
sondagem com as medidas de NSPT, como previsto na NBR7250
Identificação e descrição de amostras de solo obtidas em sondagens de
simples reconhecimento, com vistas a elaboração de perfis geotécnicos ;
• A NBR7250 preconiza a identificação visual tátil envolvendo a textura, cor,
compacidade ou consistência, plasticidade e origem;
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Critério de paralisação NBR 6484
• Impenetrável à percussão;
• Houver penetração nula em uma sequência de 5
golpes do martelo;
• No processo de circulação de água, forem obtidos
avanços inferiores a 5 cm em cada período de 10
minutos, ao longo de 30 minutos;
• Em 3 m sucessivos se obtiver NSPT > 45/15
• Em 4 m sucessivos se obtiver NSPT entre 45/15 e
45/30
• Em 5 m sucessivos se obtiver NSPT entre 45/30 e
Aplicações do Índice de Resistência à
penetração NSPT
materiais e técnicas adequados.
Os PRÓS e CONTRAS do SPT
• VANTAGENS
– Utilização em quase todas as partes do mundo;
– Procedimento do ensaio é simples de seguir;
– Equipamento simples e portanto, versátil, barato e robusto;
– Obtenção de amostra representativa (amolgada);
– Ensaio pode ser empregado em quase todos os tipos de solos e rochas
alteradas (brandas);
– Ensaio pode ser realizado em condições adversas de clima;
– Baixo custo e obtenção de um valor numérico de ensaio que pode ser
relacionado com regras empíricas de projetos;
• DESVANTAGENS
– Ensaio fortemente dependente da experiência e cuidados do operador
(sondador);
– Resultados dependem do tipo de equipamento além de outros fatores. Assim, a
padronização, mesmo no Brasil, mas sobretudo de país para país, não é efetiva;
– No Brasil a simplicidade do ensaio tem agravado um problema de 
confiabilidade: diversas empresas mal preparadas para realizar o ensaio, mas
que os fazem a custo muito baixo. Na realidade o ensaio é simples, mas requer
uma significativa dose de experiência por parte do sondador e emprego de
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Sondagem Rotativa em Maciço Rochoso
• Muitas vezes há necessidade de conhecer a natureza do
maciço rochoso dado como impenetrável na sondagem de
simples reconhecimento.
• A Sondagem Rotativa emprega ferramenta de corte do tipo
coroa diamantada ou com pastilhas de tungstênio para
perfuração e recuperação de testemunhos da rocha.
• A análise dos testemunhos permitem a classificação do
maciço rochoso por meio de um indicador de designação
qualitativa de rocha (RQD – Rock Quality Designation).
• Também é possível obter testemunhos orientados que
permitam a análise do sistema de descontinuidades do
maciço rochoso (e.g., juntas, fraturas, falhas).
• A sondagem mista é aquela que emprega a sondagem de
simples reconhecimento e a sondagem rotativa.
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Sondagem Rotativa
Processo de Perfuração
• A sonda é instalada sobre uma plataforma devidamente ancorada no terreno,
para se manter constante a pressão sobre a ferramenta de corte.
• A seguir a composição (haste, barrilete, alargador e coroa) é acoplada à sonda,
colocando-se em funcionamento a bomba, que injeta um fluido de
refrigeração e circulação.
• A sondagem consiste na realização de manobras sucessivas de movimentos
rotativos do barrilete amostrador e avanço do revestimento na direção do
furo.
• O comprimento do barrilete (1,5 a 3m) limita a manobra, sendo o mesmo
alçado do furo para a recuperação dos testemunhos de rocha, obedecendo a
ordem de avanço da perfuração.
• As hastes são tubos ocos, sem costuras, que transmitem às peças de corte os
movimentos rotativos, conduzindo no seu interior a água destinada à
refrigeração das peças e transporte dos detritos da perfuração.
• Os barriletes são tubos ocos, presos à haste, destinados a receber o
testemunho de sondagem, prendendo esses através de molas, e que possuem
em sua extremidade a coroa diamantada para corte.
Sondagem Rotativa
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Sondagem Rotativa
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Boletim
RQD=
( testemunhos > 10 cm)
comprimento da manobra
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Prospecção Geofísica
• Considerado um método indireto de investigação
– A propriedade de interesse é inferida a partir do exame de outra
propriedade do meio. Os métodos geofísicos empregam técnicas
físicas e matemáticas para identificar diferentes estruturas no
meio baseando-se no contraste entre as propriedades (e.g.
elásticas, elétricas, gravimétricas, térmicas).
• Sísmica de refração
– Técnica baseada no exame da propagação da onda elástica no
meio. Utilizada para identificar o topo rochoso,
descontinuidades e mudanças de camadas.
• Varredura elétrica ou sondagem elétrica
– Técnica baseada no exame da condutividade elétrica do meio.
Utilizada para identificar ocorrência de água subterrânea,
camadas de diferentes minaralogias ou plumas de
contaminação.
• Radar de penetração no solo - GPR
– Técnica baseada no exame da permissividade eletromagnética
do meio. Utilizada em finalidades semelhantes a sondagem
elétrica.
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Prospecção Geofísica
• Algumas técnicas podem ser invasivas ou intrusivas, ou seja,
a sonda tem que penetrar no solo para efetuar a prospecção.
• Técnicas invasivas são limitadas ao poder de penetração da
sonda no solo e aos cuidados quanto à disseminação da
contaminação em investigação geoambiental.
• Os métodos indiretos exigem o conhecimento dos valores de
referência para o meio prospectado, para se estabelecer a
correlação e o contraste entre propriedades.
• A prospecção geofísica pode ser utilizada no
monitoramento ou zoneamento de áreas.
Cone Resistivo - Ambiental
• Incorporação de medidores de
condutividade elétrica (ou
resistividade = condutividade) ao
fuste do cone (Graff & Zuidberg,
1985; Robertson e outros, 1995).
• Resistividade elétrica é medida por
um par de eletrodos montados no
fuste do cone.
• Sabendo-se que as propriedades
elétricas do solo podem variar na
presença de fluidos contaminantes
é possível por meio de medidas de
resistividade, mapear
espacialmente a extensão de áreas
contaminada
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Abertura de Poço e Trincheira
(NBR9604)
•A escavação de poço e de trincheira são destinadas a
coleta de amostras e a observação do perfil do solo.
•A seção transversal do poço deve ter um diâmetro
mínimo de 1,2 m e a Trincheira deve ter uma largura
mínima de 1,0 m.
• Não havendo interesse na manutenção do Poço
aberto deve ser totalmente preenchido com solo.
• Havendo interesse na manutenção do Poço aberto
este deve ser tampado e cercado com arame farpado.
• A coleta de amostra deve ser feita durante o
processo de escavação.
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Coleta de Amostras
•Não é possível investigar o todo e portanto
recorrem-se a exames de partes do todo para
caracterizar o meio.
•A representatividade da amostra é uma
característica fundamental para reduzir as
incertezas decorrentes do processo de
investigação.
• Na engenharia o tratamento de incertezas é
feito por meio de fatores de segurança.
• Elevados fatores de segurança conduzem a
projetos dispendiosos e irrealistas.
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Coleta de Amostras
•A coleta de amostras é empregada na identificação
de solos e para a execução de ensaios decaracterização, compactação e outros ensaios em
laboratório como ensaios de resistência,
compressibilidade e permeabilidade.
• Amostras indeformadas são aquelas obtidas por
meio de técnicas que preservem ao máximo suas
características geotécnicas que se verificam in situ
(estrutura, peso específico aparente, umidade).
• Amostras deformadas são em geral empregadas em
ensaios de caracterização e de compactação.
Amostragem Indeformada
• Para obtenção de amostras indeformadas é preciso
utilizar amostradores tipo Shelby de paredes finas, que
são levados ao laboratório envolvidos em parafina para
preservação da umidade.
Ver 
detalhes 
na 
NBR9820
Amostragem Indeformada
Argilas com muitas conchas:
dificuldade na coleta da 
amostra e na preparação do 
corpo de prova
Solos com grãos: dificuldade na 
amostragem – ocorrência de 
vazios dentro do amostrador
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Ensaios de Campo
• Ensaio de Palheta ou Vane-test
– verificam a resistência ao cisalhamento do solo pela
verificação da resistência do solo ao corte de uma palheta
com movimento giratório.
• Ensaios de Penetração estática
– verificam a resistência do solo em termos da sua
capacidade de carga.
• Ensaios pressiométricos
– verificam as relações tensão-deformação do solo.
• Ensaios de penetrabilidade In situ
– verificam no campo a permeabilidade do solo.
Detalhe Palheta
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Ensaio de Palheta
Equipamento da
COPPE
(Nascimento, 1998)
Detalhe da sapata de
proteção
Exemplo Resultados
0
1
2
3
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20
P
ro
fu
n
d
id
a
d
e
(m
)
Su amolgado
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40
Ângulo de rotação da palheta (graus)
50
S
u
in
ta
c
to
(k
P
a
)
2,0m
2,5m
3,0m
3,5m
4,5m
5,0m
8,0m
Argila muito mole do Recreio, RJ
Ensaio de Penetração Estática – CPTu - CONE
CPTu
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Exemplo – Solo Sedimentar Estratificado
Exemplo – BR101 em SC
Interpretação - CPT
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Interpretação - CPTu
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PRÓS x CONTRAS
• VANTAGENS
– Penetração rápida (20mm/s);
– Perfil estratigráfico contínuo;
– Alta precisão e repetibilidade;
– Processamento automático dos dados;
– Possibilidade de execução com 1 operador;
– Muito utilizado em solos argilosos moles, onde o SPT não
fornece informações precisas
• LIMITAÇÕES
– Impossibilidade de coleta de amostras;
– Necessidade de operador treinado;
– Equipamento e suporte técnico relativamente complexo;
CPTu X SPT
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Cone Sísmico
• Geofones e/ou acelerô-
metros incorporados ao
fuste de cone
– medidas da velocidade
de propagação de ondas
de compressão (v p ) e
ondas de cisalhamento
(v s ).
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Cone Pressiômetro
• Década de 80 materializou-
se a idéia de incorporar um
módulo pressiométrico ao
fuste do cone.
• 1º protótipo foi
desenvolvido na Inglaterra
(Withers e outros, 1986),
seguido de experiências no
Canadá (Campanella &
Robertson, 1986), Itália
(Ghiona e outros, 1995) e
Holanda (Zuidberg & Post,
1995).
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