Aula6 Investigações Geotécnicas

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MECÂNICA DOS SOLOS III 
(TEC04136) 
Investigações Geotécnicas 
 
6ª aula 
Prof. Manoel Isidro de Miranda Neto 
Eng.Civil, DSc 
 
Alguns slides foram adaptados da aula de 
INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS 
do 
Prof. Bruno Lima 
no curso de Eng. Agrícola 
2 
Todo PROJETO GEOTÉCNICO 
envolve, de algum modo, a 
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA 
(NBR8044 - Projeto Geotécnico) 
3 
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. 
 
4 
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. 
5 
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. 
6 
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. 
 
7 
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). 
 
8 
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 nível d’água e sua variação no 
tempo. 
 
9 
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. 
 
10 
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; 
 
11 
Sondagens Geotécnicas 
 Sondagem com avanço a trado; 
 Sondagem com avanço por circulação de água; 
 Sondagem rotativa; e 
 Sondagem mista. 
 
12 
Sondagem a trado (NBR9603) 
 Finalidade: coleta de amostras deformadas, 
determinação da profundidade do nível 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. 
 13 
Trados 
 
14 
Trado 
15 
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. 
16 
Equipamento SPT 
17 
18 
19 
20 
 
21 
Sondagem de simples reconhecimento 
com SPT - Procedimento 
 Identificação e locação dos furos de sondagens; 
 Avanço inicial com 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. 
22 
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. 
23 
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. 
24 
SPT 
 
25 
SPT 
 
26 
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. 
 
27 
Classificação com base no NSPT (NBR6484 e 7250) 28 
Exemplo de classificação base NSPT 
 
Prof. 
(m) 
1
os
 15 
Golpes 
2
os
 15 
golpes 
3
os
 15 
golpes 
NSPT 
Tipo de 
Solo 
Compacidade/ 
Consistência 
1,00 2 2 3 
Areia 
Argilosa 
 
2,00 1 3 3 
Areia 
Argilosa 
 
3,00 P/100 - - Argila 
4,00 P/100 - - Argila 
5,00 6 6 10 
Silte 
Arenoso 
 
6,00 6 8 12 Areia 
7,00 1/100 Argila 
8,00 4 6 8 Silte 
9,00 6 8 13 Areia 
10,00 10 12 16 
Argila 
Arenosa 
 
11,00 12 12 20 
Argila 
Arenosa 
 
12,00 10 16 19 Areia 
13,00 13 20 30 Areia 
14,00 - - - - - IMPENETRÁVEL 
29 
 
30 
Fonte: www.martonio.eng.br 
 
31 
 
32 
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; 
 
33 
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 
45/45 
 
34 
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 criado 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 materiais e técnicas adequados. 
 
35 
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. 
36 
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. 
37 
Sondagem Rotativa 
38 
Sondagem Rotativa 
39 
Boletim 
 
RQD= 
 (Stestemunhos > 10 cm) 
comprimento da manobra 
40 
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. 
41 
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. 
42 
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 
43 
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. 
44 
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. 
45 
Coleta de Amostras 
 A coleta de amostras é empregada na identificação de 
solos e para a execução de ensaios de caracterização, 
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 (e.g., estrutura, peso 
específico aparente, umidade). 
 Amostras deformadas são em geral empregadas em 
ensaios de caracterização e de compactação. 
46 
Amostragem Indeformada 
 Para obtenção de amostras indeformadas é preciso 
utilizar amostradores tipo “Shelby” com paredes finas, 
que são levados ao laboratório envolvidos em parafina 
para preservação da umidade. 
 
Ver 
detalhes 
na 
NBR9820 
47 
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 
48 
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 permeabilidade “in situ” 
 verificam no campo a permeabilidade do solo. 
49 
Detalhe Palheta 
 
50 
Ensaio de 
Palheta 
Equipamento da 
COPPE (Nascimento, 
1998) 
Detalhe da sapata de 
proteção 
51 
Exemplo Resultados 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20
Su (kPa)
Pr
of
un
di
da
de
 (m
)
Su intacto
Su amolgado
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50
Ângulo de rotação da palheta (graus)
S
u 
in
ta
ct
o 
(k
P
a)
2,0m
2,5m
3,0m
3,5m
4,5m
5,0m
8,0m
Argila muito mole do Recreio, RJ 
52 
Ensaio de Penetração Estática – 
CPTu - CONE 
53 
CPTu 
 
54 
Exemplo – Solo Sedimentar Estratificado 
55 
Exemplo – BR101 em SC 
56 
Interpretação - CPT 
57 
Interpretação - CPTu 
58 
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; 
59 
CPTu X SPT 
 
60 
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 ). 
61 
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). 
62