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PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA 1.0-INTRODUÇÃO Relação entre o tipo de estrutura e a investigação do subsolo. ESTRUTURA OBJETIVO PRINCIPAL FATORES A CONHECER Edifício Muros de Arrimo Estacas - Pranchas Resistência. Túneis Condutos Enterrados Interação Solo - Estrutura Conhecer as características da relação Tensão Deformação- Resistênica. . Aterros Barragens de Terra material Base e Sub-base de Pavimentos. Enrocamento Material de construção Conhecer as propriedades do material ( Parâmetros e Disponibilidade Encostas Naturais Taludes de Cortes Etc. Propriedades em campo Conhecer as propriedades dos materiais sobre diversas condições 1.1-OBJETIVOS ♦ Determinação da profundidade, extensão, espessura das camadas do subsolo. ♦ Profundidade da superfície da rocha e sua classificação. ♦ Informações sobre ocorrências de água no subsolo. ♦ Propriedades geotécnicas dos solos e rochas: compressibilidade, resistência, permeabilidade. 1.2-ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO ♦ Investigações de reconhecimento ♦ Exploração para anteprojeto ♦ Exploração para o projeto executivo ♦ Exploração durante a construção. 1.3-CUSTOS DE INVESTIGAÇÃO 0,5% Grandes projetos sem condições críticas de fundações. 1,0 % Pequenos projetos em condições desfavoráveis de fundação. 1.4-RISCOS DAS INVESTIGAÇÕES - Há um limite para extensão dessa investigação além do qual pouca ou nenhuma economia resulta. - Na prática, tanto o engenheiro de projeto como a firma empreiteira estão de acordo, que a prospecção é indispensável. Mas nem todo cliente quer ou pode pagar por ela. 6 Custos do risco G dos cuidados necessários Custo da prospecção Custo da Prospecção Custo do Risco Custo Combinado 1.5-PROSPECÇÃO APLICADA AO ESTUDO GEOTÉCNICO DA IMPLANTAÇÀO DE UMA EDIFICAÇÃO. 1.5.1-Metodologia do projeto - Programa de prospecção - Custos envolvidos - Benefícios atingíveis - Responsabilidade da equipe executora - Especificações - Interpretações dos resultados - Fornecimento das informações ( em cada etapa de estudo ) OBS : O grau de detalhe requerido para o programa depende da importância da obra. 1.5.2-Objetivos O grau de precisão dos objetivos depende da complexidade geológica do local. De uma forma geral : - Descrição e classificação dos solos - Caracterização das águas subterrâneas (nível da água, quantidade e qualidade). - Profundidade e natureza das rochas - Profundidade e volume dos solos 1.5.3-Localização dos estudos - Gabinete → Mapas, estudos geológicos*, meio ambiente, relatórios, etc... *Considerando uma prévia prospecção geológica. - Campo → Investigações diretas, semi-diretas e indiretas. - Laboratório → Realizações de ensaios. 1.5.4-Principais tipos de prospecção Método Penetração no solo Retirada de amostra Indireto Semi-direto Direto Não Sim Sim Não Não Sim 7 2.0 - MÉTODO DE INVESTIGAÇÃO A construção de obras civis, bem como os estudos do meio ambiente que não envolve, necessariamente, construções de obras, devem ser precedidos de estudos para caracterização geológico-geotécnica da área de interesse que indicarão: distribuição dos diversos materiais que compõem o local, parâmetros físicos dos materiais, técnicas mais adequadas para intervenção nos terrenos, volumes necessários para remoção ou escavação, necessidade de tratamento de estabilização dos maciços e, finalmente, se for o caso, indicação do melhor local para posicionamento das estruturas das obras civis. Poderão proporcionar com isso elaboração de projeto coerente com a natureza do terreno, econômico e seguro. As principais ferramentas utilizadas com esse objetivo são o sensoriamento remoto, o mapeamento geológico, ensaios geofísico e sondagens mecânicas (métodos diretos). O sensoriamento remoto é um recurso técnico indispensável nos trabalhos de mapeamento geológico-geotécnico, pela possibilidade de obtenção de informações da superfície do terreno, por meio de imagens aéreas e orbitais. Em geral, os ensaios geofísicos e o sensoriamento remoto são chamados de métodos indiretos de investigação. Os métodos geofísicos constituem um conjunto de ensaios de campo que não alteram as propriedades físicas do material ensaiado, os principais métodos na Geologia da Engenharia são: sísmicos; geoelétricos e potenciais. Os métodos diretos compreendem as escavações realizadas com intuito de prospectar os maciços, as sondagens mecânicas e os ensaios. Com as sondagens mecânicas é possível definir, com precisão, as características dos materiais ao longo da linha de perfuração: descrevem-se testemunhos, variação litológicas, estruturas geológicas e as características geotécnica dos materiais. Os ensaios in situ são realizados em furos de sondagens ou em porções de maciço, em geral, em blocos com tamanho superior a um metro cúbico. Esses ensaios são realizados para caracterização da permeabilidade e da resistência do maciço ou das estruturas geológicas. Nos laboratórios, realizam-se ensaios em amostras para a caracterização geológica-geotécnica dos diferentes materiais. A utilização combinada de dois ou mais métodos de investigação mostra resultados de melhor qualidade. 8 2.1 - PRINCIPAIS TIPOS DE PROSPECÇÕES MÉTODO PENETRAÇÃO NO SOLO RETIRADA DE AMOSTRAS Indireto Não Não Semi-direto Sim Não Direto Sim Sim MÉTODO TIPO OBJETIVOS INFORMAÇÕES APLICAÇÕES Indireto Geofísico • Gravimétricos • Magnéticos • Elétricos • Sísmicos Exploração do subsolo quando se quer informações mais gerais do local e se trata de extensas áreas. • Indica variações ou mudanças de camadas. • Irregularidade no subsolo. • Profundidade da superfície da rocha. Barragens e Reservatórios Túneis, Aeroportos, Rodovias. Grandes conjuntos residenciais Outras com extensas áreas. Ensaio de Palheta (Vane Test) Medir a Resistência não drenada ao cisalhamento dos solos puramente coesivos. Resistência não Drenada. Su. • Aterros • Barragens • Rodovias Penetração estática (Deepsounding) Obtenção da resistência do solo, através de um cone padronizado, que é introduzido ao solo. Tipo de solo – Consistência ou compacidade, resistência de ponta e lateral. Atrito lateral. • Edifícios • Conjuntos residenciais. Ensaio Pressiométrico (Menard). Determinar “in situ” as características dos solos referentes à resistência e compressibilidade. Módulo pressiométrico (Ep) Limite de elasticidade do solo. Nos casos de solos, nos quais as amostras indeformadas, não podem ser extraídas facilmente para os ensaios de laboratório. Semi-diretas Ensaio de Permeabilidade. Determinar “in situ” a permeabilidade das camadas do solo. Permeabilidade do solo Em projetos que envolvem grande volume de solos. Em solos arenosos. 9 Semi-diretas Prova de carga Característica de compressibilidade do solo. Curvas carga-recalque, coeficiente de recalque. Pavimentos rígidos, vigas de fundações sobre base elástica, em plataformas offshore. Poços Fornecem um exame das camadas do subsolo ao longo das paredes do poço. Definir o perfil geotécnico do solo (com o nível de água). Retirada de amostras amolgadas. Retirada de amostras indeformadas (blocos). Trincheiras Obter uma exposição contínua do subsolo, ao longo da seção de uma encosta natural, áreas de empréstimos, locais de pedreiras,etc. • Classificação das camadas dos solos (com o nível da água) • Retirada de amostras amolgadas. • Inspeção de estruturas abaixo do nível do terreno. Trado Obter informações do perfil geotécnico. • Classificação das diferentes camadas (tátil- visual). • Posição do nível da água. Tem suas limitações em profundidade abaixo do nível de água, camada de pedregulho, areias muito compactas, ou argilas duras, camadas de areias puras profundidade limitada (10 a 15m). Auxiliar em outros tipos de sondagens. Diretas Sondagens a percussão Obter informações geotécnicas ao longo de um perfil. • Classificação tátil visual do solo (perfil geotécnico). • Obtenção da resistência dinâmica (SPT). • Possibilita a determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático. • Coleta de amostra. Em quase todo o tipo de construção. 10 Sondagens Rotativas • Atravessar camadas limitadas de rochas, blocos de rochas e natações. • Classificação de leitos rochosos (obtenção de testemunhos). • Determinar irregularidades. • Ensaio de perda de água em rocha. • Retirada de amostras indeformadas de argilas duras e rijas. Classificação Citológica (baseada na gênese) Estado de alterações das rochas para fins de engenharia. (Descrição do estado de alterações). Grau de frateramento, RQD (Rock Quality Designation). Em barragens, túneis, fundações sobre rochas, galerias, etc. Mista Combinação de sondagem a percussão e rotativa. Combinação de sondagem a percussão e rotativa. Em maciços com solos e rochas. Diretas Sondagens Especiais para extração de Amostras “Indeformadas” Bloco – cilindros e Anéis Biselados – Amostrador Ivanoff – Amostrador tipo Shelby (de paredes finas) Amostrador Demisson Ensaios especiais em laboratório para a determinação das propriedades de permeabilidade, resistência e compressibilidade. Propriedades dos solos. Edifícios, estradas, barragens, túneis, galerias e obras de artes. 11 2.2 - PROCEDIMENTOS 2.2.1 - Roteiros usuais Primeiro passo é o estudo bibliográfico, a coleta de mapas e as atividades de campo e de laboratório. Para direcionarmos as investigações, realiza-se estudos de fotografias aéreas, seguido de mapeamento geológico-geotécnico preliminar. A medida que o estudo avança, são realizadas investigações mais detalhadas. 2.2.2 - Métodos e etapas de projeto Na fase de inventário, algumas vezes denominada plano diretor, os estudos são realizados no âmbito regional, com objetivo de estabelecer alternativas para a construção de obras ou para intervenção no meio físico. São realizados levantamentos bibliográficos e consultas a mapas geológicos e estruturais, de escala regional ou local. Na fase denominada viabilidade, corresponde ao anteprojeto, o objetivo é verificar a possibilidade de desenvolver uma alternativa de execução do empreendimento que seja viável técnica e economicamente. O produto desta fase é a caracterização geológico-geotécnica preliminar das alternativas, com indicação do melhor local e, se possível com descrição dos principais problemas que podem ser encontrados em cada alternativa de projeto. A etapa seguinte é o projeto básico, é a preparação de documentos que permitam estabelecer o cronograma de execução, definir os custos e contratar a execução do empreendimento. As informações obtidas nesta fase do projeto devem subsidiar o projeto executivo do empreendimento. A última fase de investigação ocorre durante a faz do projeto executivo. Em gera, são realizados ensaios pontuais e sondagens dirigidas a alvos específicos. Eventualmente, durante a fase operacional do empreendimento, investigações específicas são necessárias para estudar comportamentos anômalos ou inesperados. 2.2.3 - Investigações de Superfície 2.2.3.1 - Interpretação de imagens A interpretação de imagens obtidas por sensoriamento remoto, fotos aéreas e imagens orbitais, é um recurso técnico indispensável para os trabalhos de mapeamento 12 geológico-geotécnico, por ser um método relativamente barato e rápido, no entanto, não dispensa os trabalhos de campo. A técnica de interpretação de fotografias aéreas preto e branco, ou fotointerpretação, envolve o reconhecimento de vários elementos: tonalidade e textura das imagens, morfologia ou forma de relevo, características da rede de drenagem, forma dos vales, vegetação, etc. A tonalidade é elemento de interesse para a definição de alguns tipos litológicos (quartizitos, calcários, aluviões, etc.) e de distinção entre terrenos constituídos por diferentes solos. A textura, fina, rugosa ou linear, é associada às tonalidades e, em geral, ambas são suficientes para caracterizar unidades geológicas ou geológico- geotécnicas. A vegetação densa pode dificultar a fotointerpretação, porém existem situações em que fornecem indicações importante. Os primeiros trabalhos de fotointerpretação resultam em mapas fotointerpretativos preliminares, fundamentais para a programação dos trabalhos de campo, cujo resultados permitem a elaboração dos produtos finais. 2.2.3.2 - Mapeamento O mapeamento é um método de investigação que procura identificar as condições geológico-geotécnicas dos termos, caracterizando as diferentes unidades presentes na área e o seu comportamento, quando submetidas a diferentes solicitações. É freqüente a elaboração de diagramas das descontinuidades nos trabalhos de mapeamento, separadas por famílias ou por características geotécnicas específicas. O produto do mapeamento é a carta geotécnica que representa as informações dos terrenos, para obras civis como para auxiliar a elaboração de planos de uso e ocupação do solo. 2.2.4 - Investigações Geofísicas Os métodos geofísicos permitem determinar a distribuição, em profundidade, de parâmetros físicos dos maciços, tais como velocidade de propagação de ondas acústicas, resistividade elétrica, contrastes de densidade e campo magnético da Terra. 13 Os principais métodos geofísicos utilizados na Geologia de Engenharia são: • Métodos Geoelétricos: eletrorresistividade, polarização induzida, potencial espontâneo, eletromagnéticos. • Métodos Sísmicos: refração, reflexão, ensaios entre furos, utilizados na superfície terrestre, e perfilagem sísmica contínua, sonografia e ecobatimetria, utilizados na investigação de áreas submersas. • Métodos Potenciais: magnetometria e gavimetria A análise dos dados geofísicos, juntamente com informações obtidas pelos mapeamentos geológicos convencionais e de sondagens mecânica, permite a tomada de decisões, principalmente na definição dos melhores locais para implantação de obras. A cuidadosa e apropriada inclusão de ensaios geofísicos, no desenvolvimento de um determinado estudo, pode todavia reduzir o número de ensaios diretos requeridos para uma devida caracterização da superfície da área de interesse, reduzindo, desta forma, os custos finais do projeto. 2.2.4.1 - Planejamento A inclusão de ensaios geofísicos, como complementação de outras atividades de investigação ou ensaios de caracterização geológico-geotécnica de uma determinada área, deve necessariamente ser precedida de análise quanto a: • Natureza do problema geotécnico a ser avaliado • Relação custo benefício • Topografia (planimetria e altimetria das estações) e abertura e estaqueamento dos perfis; • Dados preexistentes: fotografias aéreas, mapas geológicos, dados hidrogeológico, dados de sondagens e relatórios técnicos. 14 2.2.4.2 - Aplicabilidade O sucesso nainterpretação dos dados vai depender, fundamentalmente, de informações geológicas preexistentes e da experiência do profissional que irá interpretar os dados adquiridos. Todavia existem limitações a ser consideradas na aplicação de certos métodos na solução de determinados problemas. 2.2.4.3 - Métodos Geoelétricos A investigação geofísica através de métodos geoelétricos (inclui-se nestes métodos, os elétricos e eletromagnéticos) envolve a detecção, na superfície dos terrenos, dos efeitos produzidos pelo fluxo de corrente elétrica em subsuperfície. Podem ser classificados em dois grupos: os que utilizam fontes naturais e os que utilizam fontes artificiais (induzidas). Com os métodos geoelétricos é possível medir correntes elétricas, diferença de potencial e campos eletromagnéticos entre dois pontos na superfície. Estes métodos medem impedâncias, que, quando analisadas, permitem avaliar a distribuição das propriedades elétricas em subsuperfície. É papel do geofísico- intérprete elaborar a correlação destas propriedades com as características geológicas do material subjacente. Os métodos geoelétricos são amplamente empregados para: • determinação da posição e geometria do topo rochoso; • caracterização de estratos sedimentares; • identificação de zonas de falhas, zonas alteradas e/ou fraturadas, contatos litológicos, cavidades e diques; • caracterização de materiais impermeáveis e permeáveis, o que permite delimitar zonas potenciais de contaminação; • localização de corpos condutores (sulfetos maciços, grafita, água termais, etc.) e corpos resistentes (carvão, domos salinos, etc.); • identificação do N.A.; • identificação da direção e sentido do fluxo dos fluidos subsuperficiais. 15 Os equipamentos utilizados para as medidas são: Fonte de energia (baterias ou motores geradores), que alimenta uma unidade transmissora, conectada aos eletrodos de emissão ou de corrente (AB) ou às antenas no caso do radar, e uma unidade de recepção e registro de dados, conectada aos eletrodos MN, ou à antena de recepção no caso do radar. 2.2.4.3.1 - Eletrorresistividade A eletrorresistividade ou resistividade elétrica é uma das principais propriedades elétricas utilizada na investigação geoelétrica, que diz respeito a dificuldade encontrada pela corrente elétrica para se propagar num meio qualquer. A condução elétrica em sedimentos e em rochas próximas à superfície é basicamente iônica e ocorre ao longo dos poros interconectados. Na ausência de minerais de argila, a porosidade e a permeabilidade passam a ser fatores de extrema importância, entretanto, a presença de argila, que possui grande capacidade de troca iônica, viabiliza um caminho adicional de condução de corrente elétrica, além do caminho iônico. Outro fator que condiciona fortemente a resistividade elétrica de um meio é sua textura. Os dados são apresentados de várias formas, como perfis, seções, pseudo- seções e plantas de isovalores de resistividades aparentes. Os métodos de medição de eletrorresistividade são dois: a sondagem elétrica vertical e o caminhamento elétrico. • Sondagem elétrica vertical Consiste em medir, na superfície terrestre, o parâmetro resistividade elétrica com emprego de um arranjo (simétrico ou assimétrico) de eletrodos de emissão e de recepção. Um melhor resultado de sua aplicação ocorrerá em terrenos lateralmente homogêneos compostos de camadas estratificadas plano-paralelas. Aplicado em estudos de investigação de áreas para construção de grandes obras civis, como barragens, portos e túneis e subsidiam estudos de monitoramento ambiental, por exemplo, em áreas contaminadas, e auxiliam no processo de escolha de locais para aterros sanitários. 16 • Caminhamento elétrico É o estudo da distribuição horizontal do parâmetro resistividade elétrica a uma ou várias profundidades, aproximadamente constantes, abaixo do ponto de interesse na superfície, possibilitando assim, a identificação de contatos geológicos verticais ou inclinados, mineralizações, diques, fraturamentos, falhamentos, ou quaisquer outras características que se apresentem com heterogeneidades laterais de resistividade. 2.2.4.3.2 - Potencial espontâneo e polarização induzida Polarização, que pode ser natural (espontânea) ou induzida que da origem ao método geoelétrico de prospecção denominado polarização induzida, com vasta aplicação na prospecção de cobre, chumbo e zinco. O potencial elétrico natural ou espontâneo está relacionado ao método de medição da diferenças de potencial provocadas pela circulação de correntes elétricas naturais no subsolo. Pode ser causado basicamente por efeitos de atividades mecânica ou eletroquímica, e o agente controlador principal deste fenômeno é a água. Uma das importantes aplicações deste método está na determinação da direção e sentido do fluxo dos fluidos subterrâneos, no estudo de microbacias, para a localização de divisores de águas subterrâneas. Este método tem sido utilizado com sucesso no mapeamento detalhado de barragens de terra e outras obras civis, para detecção dos locais com problemas de vazamento de fluidos. 2.2.4.3.3 - Condutividade A condutividade elétrica dos terrenos, é a medida da facilidade com que a corrente elétrica flui através dos materiais (solo ou rocha). Os solos são, de uma maneira geral, pouco condutores e qualquer fluxo de corrente elétrica através destes materiais é devido principalmente à presença de água e seu conteúdo iônico. Nesta última década, foram desenvolvidos sistemas de indução eletromagnética com sensibilidade para detectar pequenas mudanças da condutividade, causadas pela presença e qualidade da água. Variações estão também relacionadas a presença de estruturas geológicas, as falhas e zonas de fraturas, fazendo com que o método tenha grande aplicabilidade na Geologia de Engenharia. 17 Uma característica interessante dos métodos eletromagnéticos é que a maioria utiliza bobinas para emissão e recepção ondas eletromagnéticas, não necessitando, portanto, da cravação de eletrodos na superfície do terreno, o que torna estes métodos extremamente versáteis nas operações de campo, permitindo economia de tempo na aquisição de dados. 2.2.4.3.4 - Radar de penetração no solo Este método consiste na emissão contínua de ondas eletromagnéticas (espectros variando entre 10 e 2.500 MHz) e recepção dos sinais refletidos nas estruturas ou interfaces em subsuperfície. Os sinais são emitidos e recebidos através de antenas dispostas na superfície do terreno. O radar de penetração no solo ocupa uma posição de destaque entre os métodos geofísicos de investigação rasa, por sua grande aplicabilidade em estudos de áreas urbanas. Além de propiciar ensaios não-destrutivos, possui ainda facilidades operacionais, como portabilidade dos equipamentos para aquisição dos dados, grande versatilidade do arranjo de campo dos sensores e receptores, e similaridades das técnicas de processamento com aquelas utilizadas para tratamento dos dados sísmicos. Em situações de baixa condutividade (ou resistividades > 50ohm.m), o sinal de radar pode atingir profundidades superiores a 20m, no entanto, as argilas condutivas podem reduzir a penetração do sinal de radar a profundidades inferiores a 1m. Sua aplicação tem tido relativo sucesso na detecção da conformação e estruturas do embasamento cristalino, em projetos de implantação de dutos subterrâneos, em estudos de contaminação de águas subterrâneas, na detecção da profundidade do nível freático, no estudo da integridade de estruturas, na detecção deespaços vazios sob a camada asfáltica, estrutura de dissolução em condutos de água e espaços vazios em grandes estruturas de concreto. 2.2.4.4 - Métodos Sísmicos Os métodos sísmicos têm por objetivo estudar a distribuição em profundidade do parâmetro velocidade de propagação das ondas acústicas, que está intimamente relacionado com características físicas do meio geológico, tais como densidade, 18 constantes elásticas, porosidade, composição mineralógica e química, conteúdo de água e tensão de confinamento. Sinais acústicos são emitidos na superfície e se propagam através das camadas geológicas, retornando à superfície ao sofrerem reflexão ou refração total nas interfaces, sendo captados por sensores denominados geofones (em terra) ou hidrofones (em água). Os principais métodos sísmicos utilizados na Geologia de Engenharia são: • na investigação terrestre: refração, reflexão e ensaios entre furos • na investigação de áreas submersas: perfilagem sísmica contínua, sonografia e ecobatimetria. 2.2.4.4.1 - Sísmica de refração Aplicada principalmente na determinação da profundidade do topo do embasamento rochoso e da espessura das camadas sotopostas ao embasamento, além de fornecer subsídios que possibilitam a avaliação do grau de escarificabilidade de maciços rochosos. Os dados obtidos são plotados em gráficos tempo X distância que, devidamente interpretados, fornecem os parâmetros de interesse ao projeto. O método sísmico de refração utiliza fontes de energia de natureza impulsiva que produzem deformações elásticas no meio, gerando ondas acústicas que se propagam através das diferentes interfaces geológicas. Valores baixos de velocidade (< 1.000 m/s) são representativos de solos, enquanto valores elevados (> 4.000 m/s) correspondem a rochas mais resistentes, normalmente rochas sãs. Este método foi desenvolvido para aplicação em áreas com topografia plana de baixa declividade (<25º). O sismograma constitui o registro básico utilizado na interpretação dos dados de refração sísmica, no qual identifica-se o tempo correspondente à "primeira chegada" de energia das ondas refratadas em subsuperfície. A base do método sísmico de refração pressupõe valores de velocidade de propagação de ondas sísmica crescentes com a profundidade. 19 2.2.4.4.2 - Sísmica de reflexão Com o avanço da microeletrônica e dos microcomputadores, este método passou a ter também aplicações rasa (profundidades inferiores a 30 m). O método baseia-se na propagação, através das camadas geológicas subjacentes, do sinal acústico emitido na superfície. A energia emitida se irradia esfericamente a partir do ponto de origem, parte dessa energia retorna à superfície, ao atingir setores com contraste de impedância acústica, produto da densidade e da velocidade de propagação de ondas acústicas num meio. O fenômeno de reflexão do sinal sísmico pode ser entendido como ecos oriundos de subsuperfície, analogamente à propagação do som no ar. A aquisição de dados é análoga ao método de refração. Os geofones e a fonte de energia são posicionados na superfície ao longo do perfil em estudo. Rochas cristalinas sãs transmitem bem as ondas de altas freqüência, ao contrário de rochas sedimentares pouco consolidadas. Condições ideais para aplicação do método de sísmica de reflexão rasa estão sempre relacionadas à presença de sedimentos arenosos finos e saturados em água. Na escolha da fonte de energia devemos levar em consideração o custo, conveniência, portabilidade, freqüência e energia emitidas além da segurança. O martelo, cargas explosivas, o rifle sísmico são exemplos de fonte de energias. A sísmica de reflexão tem algumas semelhanças com o método GPR, que registram reflexões oriundas da subsuperfície. Entretanto, o método GPR apresenta melhor resultado na ausência de condutores elétricos próximo à superfície, enquanto a sísmica de reflexão exibe melhores resultados em áreas onde o nível freático localiza- se próximo à superfície. Por outro lado, as ondas eletromagnéticas utilizadas no método GPR penetram areias secas que, normalmente, não transmitem facilmente ondas sísmicas de alta freqüência. 2.2.4.4.3 - Ensaios sísmicos entre furos A correlação entre os parâmetros geotécnicos estáticos, resultados de ensaios convencionais (sondagens à percussão, ensaios de compressão triaxial, cisalhamento simples, etc.) e aqueles obtidos a partir dos ensaios geofísicos (parâmetros dinâmicos) constitui, atualmente, tema de importante discussão. 20 A necessidade de obtenção deste tipo de informação impulsionou o desenvolvimento de métodos de investigação geofísica de aplicação entre furos de sondagem, surgindo assim, os métodos sísmico denominados crosshole e tomografia. Estes ensaios são importantes procedimentos para analisar in situ as propriedades mecânicas dos solos e das rochas. • Método crosshole O ensaio sísmico crosshole consiste na geração de ondas sísmicas em um furo e o seu registro, após percurso pela camada geológica, em um ou mais furos adjacentes, sendo que fontes e receptores devem estar no mesmo nível topográfico de investigação. O objetivo deste método é captar a onda transmitida diretamente entre fonte e receptores para se obter os valores reais das velocidades de propagação das ondas no meio. Estes dados são utilizados na determinação dos módulos de elasticidade dinâmica de maciços e na identificação de anomalias entre furos (vazios, zonas de alteração, etc.). A principal aplicação do método sísmico crosshole está na determinação dos parâmetros dinâmicos de deformabilidade. Os dados obtidos a partir dos ensaios crosshole podem também ser correlacionados com o coeficiente de Poisson, mesmo considerando-se que este parâmetro pode ser fortemente influenciado pelo grau de saturação do maciço (Prado, 1994). • Tomografia sísmica Mapeamento de detalhes de fraturas, falhas e de outra heterogeneidades de maciços. O método de tomografia sísmica permite o zoneamento de maciços com base na variação da velocidade de propagação das ondas elásticas, uma vez que ela é função da densidade e das propriedades elásticas do material. Esta técnica possibilita ainda o estudo detalhado da integridade de estruturas de concreto. O arranjo mais comum da fonte de sinais e dos receptores, para aquisição de dados é análogo ao ensaio crosshole. 21 2.2.4.4.4 - Métodos de investigação de áreas submersas Os métodos de observação direta, não são aplicados na investigação de áreas submersas (fundos de rios, lagos ou mar), na maioria das vezes, tendo em vista as dificuldades de acesso ao local de interesse com emprego das ferramentas convencionais. Neste caso, os métodos geofísicos passam a ter relevância ainda maior, pela possibilidade de obtenção de dados detalhados da morfologia da superfície de fundo, das camadas geológicas rasas e da profundidade do embasamento cristalino. A morfologia da superfície de fundo é estabelecida em detalhes pela ecobatimetria e pela sonografia. Com o método de perfilagem sísmica contínua, pode ser obtidas as espessura dos estratos rasos de sedimentos inconsolidados e a conformação do embasamento acústico (limite de penetração do sinal acústico). Outro métodos geofísicos podem ser usados, como por exemplo, a magnetometria, utilizada no mapeamento de ocorrências de intrusões ígneas e falhas e em operações de localização de tubulações metálicas soterradas, e a refração sísmica, no mapeamento da distribuição da velocidade de propagação das ondas sísmicas nos sedimentos inconsolidados. • Perfilagem sísmicacontínua O princípio do método de perfilagem sísmica contínua é o mesmo da sísmica de reflexão, utilizada em levantamentos terrestres, busca explorar os contrastes de impedância acústica existentes entre os diferentes meios físicos subjacentes à superfície de fundo. No registro de fundo é possível observar a coluna d'água, os estratos sedimentares rasos e a profundidade do embasamento acústico. • Sonografia A sonografia é o método que tem por objetivo mapear a superfície de fundo, em substituição às técnicas usualmente utilizadas no mapeamento em terra, como a fotografia aérea, imagens de satélites e de radar. O levantamento através do sonográfico é feito com a emissão de um sinal acústico de alta freqüência, em intervalos de tempo regulares, por dois transdutores submersos (sonar). 22 Os mesmos transdutores de emissão do sinal acústico são também responsáveis pela recepção do sinal, oriundos da reflexão na superfície de fundo. A interpretação dos dados de sonografia está baseada na análise visual dos contrastes entre padrões texturais apresentados pelos registros de campo. • Ecobatimetria A ecobatimetria é um método que consiste na emissão de sinais acústicos de alta freqüência, por meio de transdutores apontados verticalmente para a superfície do fundo, tendo como objetivo principal obter informações detalhadas da topografia de fundo, identificando com grande precisão a espessura da coluna d'água. A ecobatimetria tem vasta aplicação na confecção de cartas náuticas, nos estudos para determinação de rotas de navegação e monitoramento de processos de erosão e assoreamento de reservatórios. • Aplicações Rotas de navegação, construção de portos e barragens, a identificação de ondas de areias de grande porte. Além de uma importante ferramenta na investigação geológica de superfícies submersas, estes métodos geofísicos são também aplicados em operações de busca e salvamento, seja de embarcações ou equipamentos naufragados, seja na localização de pontos de rompimentos de dutos submarinos. Os resultados da investigação sísmica de áreas submersas podem ser representados de varias formas: mapas de localização dos perfis executados, perfis, mapa batimétrico, mapa de isópacas de sedimentos, mapa de contorno estrutural (profundidade do embasamento acústico). 2.2.4.5 - Métodos Potenciais 2.2.4.5.1 - Magnetometria A magnetometria é um dos métodos geofísicos mais versáteis, tanto pela facilidade e rapidez de execução do ensaio, como pelo baixo custo na operação do levantamento do campo. No entanto, a interpretação de dados magnéticos é complexa, devido as ambigüidades inerentes a este método. A magnetometria detecta anomalias do campo magnético terrestre. Um estudo desenvolvido para determinação de locais para construção de barragens (IPT, 1995a), 23 mostrou que a magnetometria constitui-se em excelente ferramenta no mapeamento de diques não-aflorantes e na delimitação de corpos diabásio para extração de materiais de construção. A magnetometria de alta resolução tem sido também utilizada na localização de antigos dutos submarinos soterrados a baixa profundidade, em áreas emersas e submersas, e no monitoramento de grandes movimentos de massa associados a escorregamentos em grande escala. 2.2.4.5.2 - Gravimetria O método de gravimetria fundamenta-se na determinação da atração gravitacional num ponto na superfície da Terra, utiliza-se equipamentos denominados gravímetros. Tem por finalidade identificar contrastes de densidade em profundidade. A melhor aplicação desse método é em terrenos planos onde ocorrem, em subsuperfície, cavidades de grande porte (normalmente em áreas cársticas). 2.2.4.6 - Posicionamento A precisão no posicionamento das estações de observação geofísica é fundamental em qualquer dos métodos utilizados, seja com a finalidade de reprogramação de novos ensaios ou simplesmente para a apresentação dos dados obtidos. O GPS (Global Positioning System), é um sistema de posicionamento baseado em satélites que propicia uma precisão até centimétrica, no posicionamento planimétrico de um ponto na superfície da Terra, sendo considerado o principal sistema utilizado atualmente. 2.2.4.7 - Utilização de computadores na geofísica A utilização de computadores na Geofísica, vem possibilitando avanços consideráveis e permitindo a obtenção de maior precisão e maior controle de qualidade nas medidas de campo e tem aprimorado as formas de apresentação dos resultados. No processamento de dados geofísico, o computador desempenha um papel de extrema importância, pois permite a execução de vários procedimentos que vão desde a simples análise dos dados (primeiras chegadas, no caso dos ensaios de sísmica de refração) até filtragem digital do sinal. 24 3.0-MÉTODOS SEMI-DIRETOS ENSAIO DE PALHETA (VANE TEST) OBJETIVOS: Medir a Resistência não drenada ao cisalhamento dos solos puramente coesivos. INFORMAÇÕES: Resistência não Drenada Su. APLICAÇÕES: Aterros, Barragens e Rodovias 25 PENETRAÇÃO ESTÁTICA (DEEPSOUNDING) OBJETIVOS: Obter a resistência do solo, através de um cone padronizado, que é introduzido ao solo INFORMAÇÕES: Tipo de solo – Consistência ou compacidade, resistência de ponta e lateral. A APLICA trito lateral. ÕES: Ç Edifícios, Conjuntos residencia is 26 Piezocone Tópicos: l.Introdução Ensaio imento . Introdução: enetração estática de um cone padronizado, que mede a resistência de ponta ( Origem: cone holandês, deepsoun 2. Objetivos do ensaio: (segundo Soares et allii, 1986) i. Definir a estratigrafia do terreno NT ii. Determinar a profundidade das camadas resistentes e detectar descontinuidades diversas iii. Identificar e classificar as diversas camadas do solo sibilidade de cada cainada.(c,φ, cv) 2.Objetivos do 3.Equipamento e Proced 4.Aplicação dos Resultados 5.Considerações Finais 1 Ensaio de p qc), atrito lateral (c ) e a pressão neutra (μ). ding => mecânico, manual piezocone ==> elétrico , mecanizada (qc, fs, μ). iv. estimar as características de resistência e de compres v. estabelecer as condições de cravabilidade e a capacidade das estacas. 27 Obs.: mais eficiente => perfil subsolo => ensaio contínuo muito utilizado em estruturas "offshore" 3. Equipamento e Procedimento 3. 1. Equipamento: i. Maquina cravação => velocidade constante 2 cm/s ii. Piezocone (célula carga, transdutor de pressão) iii. Sistema aquisição de dados (conversar a/d, micro computador e impressora). 3.2. Procedimento (segundo Soares et allii,1986) Consiste em fazer penetrar no solo a uma velocidade constante de 2cm/s, uma série de hastes cilíndricas com um cone na ponta e registrar continuamente (≅ cada 5cm), a resistência ponta (qc), o atrito lateral (fs) e a pressão neutra (μ). 4. Aplicação dos resultados 4.1. Dados Obtidos Gráficos de qc, fs e μ versus prof.(z) 28 4.2. Aplicações i. Classificação dos Solos ii. Resistência não-drenada, Su iii. Ângulo de atrito interno (φ’) 29 iv. Capacidade de carga de estacas (Gg. Philipponnat) => traduzido p/ Nelson Godoy => jul/86 ABMS Qu = Qpu + Qsu = qpu * Ap + fsu * As αp => tabela f (solo) αf => tabela f (solo) αs => tabela f (tipo de estaca) qc => resistência ponta cone Qu => carga de ruptura Qpu => carga de ponta Qsu => carga atrito lateral 2 u N QQ = Carga AdmissívelSu => Nkt => melhor concordância com o laboratório Su => NΔu => concordância razoável Su => Nke => pior concordância u u ke t ke e N N uq N q Δ Δ= −== piez. ,Su piez. ,Su v. Correlação com SPT 30 qc (kgf/cm²) = K * N N - N.º Golpes SPT (Meyerhof, 1953) 4 < K < 12 areia =>12 argila => 4 vi. Pressão admissível para areias 10 c adm q=σ (Sanglerat,1972) 5. Considerações Finais • • • • • • • Ensaio contínuo e rápido Depende pouco do Cravação mecanizada operador Obtenção automática de dados Perfil do subsolo detalhado Estimativa de parâmetros geotécnicos (class. S, Φ' , Su, Cap. Carga, etc.) No brasil pouco utilizado comercialmente Momento => trabalhos de pesquisa Muito utilizado na Europa, Japão e EUA => estruturas " OFF-SHORE" Ensaio E3 31 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO (MENARD). OBJETIVOS: Determinar “in situ” as características dos solos referentes à resistência e compressibilidade INFORMAÇÕES: Módulo pressiométrico (Ep). Limite de elasticidade do solo. APLICAÇÕES: Nos casos de solos, nos quais as amostras indeformadas, não podem ser extraídas facilmente para os ensaios de laboratório. 32 4.0-ENSAIO COM O DILATÔMETRO . 5.0-ENSAIO DE PERMEABILIDADE OBJETIVOS: Determinar “in situ” a permeabilidade das camadas do solo. INFORMAÇÕES: Permeabilidade do solo APLICAÇÕES: Em projetos que envolvem grande volume de solos. Em solos arenosos. 33 ENSAIO DE TUBO ABERTO ENSAIO DE REBAIXAMENTO PROVA DE CARGA OBJETIVOS: Característica de compressibilidade do solo. INFORMAÇÕES: Curvas carga-recalque, coeficiente de recalque. APLICAÇÕES: Pavimentos rígidos, vigas de fundações sobre base elástica, em plataformas offshore. 34 6.0-MÉTODOS DIRETOS POÇO DE INSPEÇÃO • escavações verticais realizadas principalmente em solo (mínimo de 1,5m de diâmetro ou de lado) • permitem o exame detalhado dos horizontes escavados • permitem a retirada de amostras deformadas e indeformadas de solo • possibilitam a realização de ensaios “in situ” OBS: A TRINCHEIRA DE INSPEÇÃO É RECOMENDADA NOS CASOS EM QUE HÁ INTERESSE EM INVESTIGAR O COMPORTAMENTO E/OU DISTRIBUIÇÃO DOS MATERIAIS NO SENTIDO LATERAL 35 7.0-SONDAGENS A TRADO OBJETIVOS : Obter informações do perfil geotécnico. INFORMAÇÕES: Classificação das diferentes camadas (tátil-visual). Posição do nível da água. APLICAÇÕES: Tem suas limitações em profundidade abaixo do nível de água, camada de pedregulho, areias muito compactas, ou argilas duras, camadas de areias puras profundidade limitada (10 a 15m). Auxiliar em outros tipos de sondagens. TRADOS: a- Cavadeira, b – Torcido e c - Helicoidal • perfuração manual de pequeno diâmetro (no geral de 3”). • equipamento composto por hastes de aço rosqueáveis, tendo o trado (concha ou espiral) na extremidade inferior e uma cruzeta para aplicação do torque na extremidade superior. • permite a coleta de amostras deformadas (a cada metro e/ou quando há variação do tipo de material). ESQUEMA BÁSICO DO TRADO EXECUÇÃO DA SONDAGEM A TRADO • limitações: nível d’água; solos de alta resistência; níveis de cascalho espesso; matacões. 36 8.0-SONDAGEM A PERCUSSÃO Co rda Peso ( 65 kg ) Altura de 75 cm Solo laterítico Solo saprolítico Haste Amostrador OBJETIVOS: Obter informações geotécnicas ao longo de um perfil de solo. Determinar os índices de resistência à penetração do solo NFORMAÇÕES: Classificação tátil visual do solo (perfil geotécnico). Obtenção da resistência dinâmica (SPT). Possibilita a determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático. Coleta de amostra deformadas. APLICAÇÕES: Em quase todo o tipo de edificação. PROCEDIMENTO • método de investigação do solo em que a perfuração é obtida por meio do golpeamento do fundo do furo por peças de aço cortantes. • acima do nível de água o avanço da sondagem é feito por meio de trado; ao atingir o NA ou material resistente ao trado, a sondagem deve prosseguir por meio do método de LAVAGEM (trépano e circulação de água). • limitações: matacões, conglomerados, profundidades maiores que 40m. • possibilitam a realização do ensaio SPT (geralmente de metro em metro). 37 . • consiste na cravação de um barrilete de 45cm, por meio do impacto de um peso de 65 kg, caindo em queda livre de 75cm de altura, sobre a composição. • anota-se o número de golpes necessários para a cravação de 45cm, subdivididos em 3 trechos de 15cm. • o índice de resistência à penetração (IRP) equivale ao número de golpes necessários para a cravação dos últimos 30cm. • considera-se impenetrável ao SPT quando a penetração for inferior a 5cm durante 10 golpes • consecutivos. NÚMERO DE FUROS E DISTRIBUIÇÃO a) Número de furos de sondagem Para pequenas áreas em projeção, o número mínimo de furos de sondagem será: . ¾ 2 ( dois ) furos para projeções até 200m2. ¾ 3 ( três ) furos entre 200m2 e 400m2 de projeção ¾ Um furo de sondagem para cada 200m2 de projeção de área, área construída, até projeção de 1200m2. ¾ Um furo de sondagem adicional para cada 400m2 de área de projeção para área entre 1200m2 e 2400m2. ¾ Para projeções acima de 2400m2, o número de furos de sondagem será fixado para cada caso em particular. Área Construída Projeção em m² N° de furos mínimos ≤ 200 200 a 400 400 a 600 600 a 800 800 a 1000 1000 a 1200 1200 a 1600 1600 a 2000 2000 a 2400 > 2400 2 3 3 4 5 6 7 8 9 A critério 38 b) Distribuição recomendada OBS : A distância máxima entre cada furo não deverá ultrapassar a 25m, a não ser que o subsolo seja bastante repetido de suas características. c) Estimativa de profundidade de investigação de uma sondagem CRITÉRIO DA NORMA BRASILEIRA CRITÉRIO BASEADO EM SONDAGEM A PERCUSSÃO ¾ Quando em 3m sucessivos, obtiver índices de penetração maiores do que 45/15 ¾ Quando em 4m sucessivos, obtiver índices de penetração entre 45/15 e 45/30. ¾ Quando em 5m sucessivos, obtiver índices de penetração entre 45/30 e 45/45. CRITÉRIO BASEADO NO TIPO DE OBRA OU TIPO DE FUNDAÇÃO CRITÉRIO PARTICULAR 39 8.1-ANÁLISE ISOLADA DAS CAMADAS DO SOLO - SOLOS DE COMPORTAMENTO GRANULAR Nas areias a obtenção de amostras indeformadas, bem como a moldagem dos corpos de prova para a realização de ensaios e laboratórios, são operações extremamente difícies de proceder. Por tais motivos, recorre-se em geral, a procedimentos indiretos para se obter características “in situ’’ de resistência ao cisalhamento e também de compressibilidade desses solos, em especial. As sondagens de percussão, bem como os ensaios de penetração estática de CONE ( tipo holandês ) usualmente as únicas disponíveis em análises preliminares, são muito utilizadas nesses procedimentos. SONDAGENS A PERCUSSÃOAreia Densidade Relativa (DR) N de Golpes N ( SPT ) Ângulo de Atrito ( graus ) Ensaio de Penetração Estática ( kgf/cm² ) Tensão Admissível (kgf/cm² ) Muito fofa Fofa Média Compacta Muito Compacta < 0,2 0,2 – 0,4 0,4 – 0,6 0,6 – 0,8 > 0,8 ≤ 4 5 – 10 11 – 30 31 – 50 > 50 < 30 30 – 35 35 – 40 40 – 45 > 45 < 20 20 – 40 40 – 120 120 – 200 > 200 < 1,0 1,0 – 2,0 2,0 – 4,0 4,0 – 6,0 > 6,0 Tabelas dessas naturezas devem ser usadas criteriosamente e considerados todos os fatores, inerentes às fundações (formas, dimensões e profundidades ) e ao terreno que servirá de apoio ( profundidade, ocorrência do nível d’água e possibilidades de recalques, existência de camadas mais fracas abaixo da cota prevista, para assentamento das fundações. COMPACIDADE E CONSISTÊNCIA DOS SOLOS (com base no ensaio SPT) Solo Índice de Resistência à Penetração (“SPT”) Designação < 4 fofa Areia e 5 a 8 pouco compacta silte arenoso 9 a 18 medianamente compacta 19 a 40 compacta > 40 muito compacta < 2 muito mole Argila e 3 a 5 mole silte 6 a 10 média argiloso 11 a 19 rija > 19 dura ABNT-NBR 7250 in MACIEL FILHO, C.L. 1994. Introdução à Geol. Engenharia. Ed. UFSM. Pg. 110. 40 ENSAIO SPT T Corresponde ao aprimoramento do ensaio SPT, a partir da medida da torção necessária para girar o barrilete cravado no fundo do furo, possibilitando uma melhor definição dos parâmetros de resistência do solo. 41 9.0-SONDAGEM ROTATIVA COROA BARRILETE HASTE REVESTIMENTO MOTOR GUINCHO BOMBA DE LAMA TRIPÉ OU TORRE MOTOR DA BOMBA ESQUEMA DE UMA SONDA ROTATIVA Método de investigação que consiste no uso de um conjunto moto- mecanizado, projetado para a obtenção de amostras de materiais rochosos testemunhos), contínuas e com formato cilíndrico. A ação perfurante é dada por forças de penetração e rotação que, conjugadas, atuam com poder cortante. (modificado de ABGE, 1990. Diretrizes para a execução de sondagens. Pg 9.) OBJETIVOS: • Atravessar camadas limitadas de rochas, blocos de rochas e natações. • Classificação de leitos rochosos (obtenção de testemunhos). • Determinar irregularidades. • Ensaio de perda de água em rocha. • Retirada de amostras indeformadas de argilas duras e rijas. INFORMAÇÕES: Classificação Citológica (baseada na gênese) Estado de alterações das rochas para fins de engenharia. (Descrição do estado de alterações). Grau de frateramento, RQD (Rock Quality Designation). APLICAÇÕES: Em barragens, túneis, fundações sobre rochas, galerias, etc. DIÂMETROS DAS SONDAGENS ROTATIVAS NOMENCLATURA DIÂMETRO DO FURO (mm) DIÂMETRO DO TESTEMUNHO (mm) E 37,71 21,46 A 48,00 30,10 B 59,94 42,04 N 75,64 54,73 86mm 86,02 72,00 H 99,23 76,20 (modificado de ABGE, 1990. Diretrizes para execução de sondagens.) 42 DADOS OBTIDOS COM A DESCRIÇÃO DOS TESTEMUNHOS DE SONDAGENS ROTATIVAS • tipo litológico/estruturas presentes • grau de recuperação • grau de fraturamento • índice de qualidade de rocha • grau de alteração • grau de coerência GRAU DE RECUPERAÇÃO (exemplo) Recuperação = Comprimento dos Testemunhos Comprimento da Manobra ×100 VALORES DE RECUPERAÇÃO (%) SÍMBOLO RECUPERAÇÃO 0-25 R5 Muito Baixa 26-50 R4 Baixa 51-75 R3 Razoável 76-90 R2 Boa 91-100 R1 Alta GRAU DE FRATURAMENTO (exemplo) Fraturamento = Nº de Fraturas (*) por trecho de Isofraturamento Comprimento do trecho de Isofraturamento *não considerar as fraturas mecânicas, devidas à sondagem NÚMERO DE FRATU-RAS POR METRO SÍMBOLO ROCHA <2 F1 Ocasionalmente fraturada 2-5 F2 Pouco fraturada 6-10 F3 Medianamente fraturada 11-15 F4 Muito fraturada >15 F5 Extremamente fraturada 43 10.0-SONDAGEM MISTA OBJETIVOS: Combinação de sondagem a percussão e rotativa INFORMAÇÕES: Combinação de sondagem a percussão e rotativa APLICAÇÕES: Em maciços com solos e rochas. 11.0-SONDAGEM ESPECIAIS Sondagens Especiais para extração de Amostras “Indeformadas” Bloco – cilindros e Anéis Biselados – Amostrador Ivanoff – Amostrador tipo Shelby (de paredes finas), Amostrador Denisson OBJETIVOS: • obtenção de amostras que conservem, o máximo possível, as características naturais dos materiais de interesse. • as amostras coletadas são utilizadas para a realização de ensaios de laboratório. Ensaios especiais em laboratório para a determinação das propriedades de permeabilidade, resistência e compressibilidade INFORMAÇÕES: Propriedades dos solos APLICAÇÕES : Edifícios, estradas, barragens, túneis, galerias e obras de artes COLETA DE AMOSTRAS INDEFORMADAS DE SOLO PROCEDIMENTO: • moldagem da amostra (cubo com 30cm de aresta) na profundidade ou no material desejado, talhando o fundo e/ou a parede da escavação. • envolvimento das faces expostas com camadas entremeadas de parafina e talagarça. • colocação de tela de nylon para evitar rachaduras na retirada final da amostra. • colocação de caixa de madeira e talhagem da face final. • novas camadas de parafina e talagarça na face exposta. • preenchimento dos espaços laterais da caixa com serragem. • fechamento da caixa com identificação completa da amostra. OBS: Indicar a posição espacial da amostra para permitir a execução de ensaios orientados. 44 OBJETIVOS: INFORMAÇÕES: APLICAÇÕES: 45 11.1-APLICAÇÕES DAS SONDAGENS DE SIMPLES CONHECIMENTO E DE ENSAIOS DE PENETRAÇÃO ESTÁTICA OBTENSÃO DE PARÂMETROS MÓDULOS DE ELASTICIDADE Kooger & Scheidig Bankan Kedzi Tipo de solo E (kgf/cm2) Tipo de solo E (kgf/cm2) Tipo de solo E (kgf/cm2) Pedregulho arenoso 1000 – 2000 Areia muito compacta 830 Areia densa com pedregulho 1000 - 2000 Areia compacta 500 – 800 Areia fina saturada 850 Areia densa 500 – 800 Areia fofa 100 – 200 Areia com pedregulho 540 Areia fofa 100 – 250 Argila dura 80 – 150 Areia com pouca umidade 540 Areia siltosa 70 – 200 Argila rija 40 – 80 Argila siltosa com areia e silte orgânico 310 Argila arenosa 300 – 400 Argila mole 15 – 40 Argila siltosa saturada com areia 440 Argila rija 70 – 180 Argila muito mole 5 – 30 _____ ____ Argila mole 20 – 50 Turfa 1 - 50 _____ ____ Argila muito mole 3,5 - 30 46 11.2-COEFICIENTE DE POISSON Barkan Tipo de solo Coeficiente de Poisson Areia 0,20 Argila com pouca Areia 0,35 Argila 0,40 Caputo Coeficiente de Poisson = 0,50 para todos os solos TENSÃO ADMISSÍVEL Para areias e argilas: ÂNGULO DE ATRITO [φ X Dr (%)] SONDAGENS A PERCUSSÃO Areia Densidade Relativa (DR) N de Golpes N ( SPT ) Ângulo de Atrito (graus) Ensaio de Penetração Estática ( kgf/cm² ) Tensão Admissível (kgf/cm² ) Muito fofa Fofa Média Compacta Muito Compacta < 0,2 0,2 – 0,4 0,4 – 0,6 0,6 – 0,8 > 0,8 ≤ 4 5 – 10 11 – 30 31 – 50 > 50 < 30 30 – 35 35 – 40 40 – 45 > 45 < 20 20 – 40 40 – 120 120 – 200 > 200 < 1,0 1,0 – 2,02,0 – 4,0 4,0 – 6,0 > 6,0 φ = 30o + 15 Dr - Areias puras - Meyerhof (1956) φ = 25o + 15 Dr - Areias com mais de 5% de finos - Meyerhof (1956) φ = 26o + 20 Dr - Areias bem graduadas – Zeevaert (1972) (1,49 – Dr) Tg φ = 0,712 Melo (1971) σ = NSPT / 4 a 5 (kgf/cm2) 47 Argila N de Golpes N ( SPT ) Resistência a compressão simples ( qu = Kq/cm2 ) Resistência não drenada ( Su = Kq/cm2 ) Muito fofa Fofa Média Rija Muito Rija Dura < 2 2 –4 4 – 8 8 – 16 16 – 32 > 32 < 0,25 0,25 – 0,50 0,50 – 1,00 1,00 – 2,00 2,00 – 4,00 > 4,00 < 0,20 0,20 – 0,40 0,40 – 0,75 0,75 – 1,50 > 1,50 ÍNDICES E PARÂMETROS GEOTÉCNICOS 1– Peso Específico dos grãos ( ϒg ) ϒg ( g/cm3 ) Tipo de Material Bowles ( 1979 ) Peck ( 1974 ) Areias, pedregulhos, material grosso 2,65 – 2,67 Solos coesivos, como misturas de argilas, siltes, areias 2,68 – 2,72 Argilas Função do mineral Areias 2,65 – 2,68 Pedregulhos 2,65 – 2,68 Argilas inorgânicas 2,68 – 2,72 Argilas orgânicas 2,62 – 2,66 Siltes 2,65 – 2,68 48 2 − Peso Específico Aparente do Solo (ϒ ) 2.1 - Peck ( 1974 ) Tipo de Material N e wSAT ϒSEC ϒSAT ( g/cm3 ) 3 – Coeficiente de Permeabilidade ( g/cm3 ) Areia uniforme, fofa 0,46 0,85 32 1,43 1,89 Areia uniforme, compacta 0,34 0,51 19 1,75 2,09 Mistura de Areia, fofa 0,40 0,67 25 1,59 1,99 Mistura de Areia, compacta 0,30 0,43 16 1,86 2,16 Argila Orgânica, mole 0,66 1,90 70 0,93 1,58 Argila Orgânica, muito mole 0,75 3,00 110 0,68 1,43 Argila mole de montmorilonita 0,84 5,20 194 0,43 1,27 3.1 – Fang ( 1975 ) Tipo de Solo κ ( cm/s ) Permeabilidade Pedregulho > 10-1 Alta Pedregulho com areia 10-1 a 10-3 Média Areia 10-3 a 10-5 Baixa Argila Siltosa 10-5 a 10-7 Muito Baixa Argila < 10-7 Impermeável 4 – Coeficiente de Poisson ( μ ) μ Tipo de Material Barata ( 1984 ) Fang ( 1975 ) Bowles ( 1977 ) Solos Arenosos 0,15 – 0,25 Argila com pouca areia e silte 0,30 – 0,35 Argila 0,35 – 0,40 Argila Saturada 0,50 Argila com areia e silte 0,30 – 0,42 Argila não saturada 0,35 – 4,40 Solo arenoso 0,15 – 0,25 Areias 0,30 – 0,35 Argila saturada 0,40 – 0,50 Argila não saturada 0,10 – 0,30 Argila arenosa 0,20 – 0,30 Silte 0,30 – 0,35 Areia densa 0,20 – 0,40 Areia grossa 0,15 Areia fina misturada 0,25 Rocha ( depende do tipo ) 0,10 – 0,40 Loess 0,10 – 0,30 Gelo 0,36 Concreto 0,15 49 5 – Coeficiente de Empuxo no Repouso ( κ0 ) 5.1 – Fang ( 1975 ) Tipo de Material LL ( % ) IP ( % ) κ0 Areia fofa saturada - - 0,46 Areia compacta saturadA - - 0,36 Areia compacta seca (e = 0,60) - - 0,49 Areia fofa seca (e = 0,80) - - 0,64 Argila residual compacta - 9 0,42 Idem - 31 0,66 Argila siltosa orgânica não amolgada 74 45 0,57 Caolim não amolgado 61 23 0,64 – 0,7 Argila marinha não amolgada 37 16 0,48 “Quick – Clay “ 34 10 0,52 5.2 – Jaky ( 1948 ) κ0 = 1 – sen φ” ( Argilas normalmente adensada ) 5.3 – Wroth ( 1972 ) κ0 = 0,95 – sen φ” ( Argilas normalmente adensada ) 5.4 – Brooker e Ireland Se κ0 = 0,40 + 0,007 IP ; IP ≤ 40 Se κ0 = 0,68 + 0,001 IP-40 ; 40 < IP < 80 6 – Coeficiente de Reação do Solo (κV , κn ) 6.1 – Bowles ( 1977 ) Tipo de Material κV Areia fofa 488 – 1628 Areia Mediamente Compacta 977 – 8142 Areia Compacta 6513 – 13027 Areia Argilosa Mediamente Compacta 3256 – 6513 Areia Siltosa Mediamente Compacta 2442 – 4885 Solos Argilosos ( qu < 4 ) 1221 – 2442 Solos Argilosos ( 4 < qu < 8 ) 2442 – 4885 Solos Argilosos ( qu > 8 ) > 4885 6.2 – Alonso ( 1989 ) Agilas Pré – Adensadas κV = Cte ( tf/m2 ) Consistência Qu ( tf/m2 ) Grandeza Valor Prov. Média 2 – 4 70 – 400 80 Rija 10 – 20 300 – 650 500 Muito Rija 20 – 40 650 – 1300 1000 Dura 40 1300 1950 50 6.3 – Alonso ( 1989 ) - κh = nh.z Nh ( tf/m3 ) Tipo de Material Seca Submersa Areia fofa 260 150 Areia Mediamente Compacta 800 500 Areia Compacta 2000 1250 Silte Muito Fofo - 100 – 300 Argila Muito Mole - 5,5 6.4 – Fang ( 1875 ) Tipo de Material κn ( tf/m3 ) Areia Fina Siltosa 8233 – 9675 Areia Mediamente Compacta 8293 – 12440 Argila Mole a Média 9675 – 13821 Areia e Argila Densa 41466 - 55288 7 – Sensibilidade das Argilas ( St ) 7.1 – Bowles ( 1977 ) Classificação St Insensível < 2 Sensibilidade Média 2 < St < 4 Sensível 4 < St < 8 Muito Sensível 8 < St < 16 “Quick – Clay “ > 8 – Densidade Relativa das Areias ( Dr ) 8.1 – Bowles ( 1977 ) Tipo de Material SPT Dr γ’ ( tf/m3 ) φ’ ( graus ) Areia Muito Fofa 0 – 4 0,00 – 0,15 1,1 – 1,6 25 – 30 Areia Fofa 4 – 10 0,15 – 0,35 1,4 – 1,8 27 – 32 Areia Mediamente Compacta 10 – 30 0,35 – 0,65 1,7 – 2,0 30 – 35 Areia Compacta 30 – 35 0,65 – 0,85 1,7 – 2,2 35 – 40 Areia Muito Compacta 1,7 – 2,0 0,85 – 1,00 2,0 – 2,3 38 - 43 8.2 – Fang ( 1975 ) φ’ ( graus ) Tipo de Material SPT Dr Peck Meyerhoff Areia Muito Fofa < 4 < 0,2 < 29 < 30 Areia Fofa 4 – 10 0,2 – 0,4 29 – 30 30 – 45 Areia Mediamente Compacta 10 – 30 0,4 – 0,6 30 – 36 35 – 40 Areia Compacta 30 – 50 0,6 – 0,8 36 – 41 40 – 45 Areia Muito Compacta > 50 > 0,8 > 41 > 45 51 9 – Ângulo de Atrito Interno ( φ’ ) 9.1 – Bowles ( 1979 ) φ’ Tipo de Material Fofa Compacta Areia com grãos angulosos 32 – 36 35 – 45 Areia com grãos pouco angulosos 30 – 34 34 – 40 Areia com grãos arredondados 28 – 32 32 – 38 Pedregulho com grãos angulosos 36 – 40 40 – 50 Pedregulho com grãos pouco angulosos 34 – 38 38 – 42 Areia siltosa 25 – 35 30 – 36 Silte Inorgânico 25 - 35 30 - 35 9.2 – Barata ( 1984 ) φ’ Areias Grãos Redondos Uniformes Grãos Angulosos Bem Graduada Fofa 28,5 34 Compacta 35 46 OBS: Areias Secas 9.3 – Barata ( 1984 ) φ’ Compacidade Areia Fina Areia Média Areia Grossa Fofa 25 30 35 Mediamente Compacta 30 35 40 Compacta 35 40 45 OBS: Areias Secas 9.4 – Barata ( 1984 ) φ’ Tipo de Material Fofa Compacta Areias Uniformes 30 40 Areias Bem Graduada 32 45 Pedregulho Arenosos 35 50 9.5 – Bowles ( 1977 ) φ’ Tipo de Material UU CU CD Pedregulho Médio 40 – 45 - 40 – 55 Pedregulho Arenoso 35 – 50 - 35 – 50 Areia Fofa Seca 28,5 – 34 - - Areia Fofa Saturada 28,5 – 34 - - Areia Compacta Seca 35 – 46 - 43 – 50 Areia Compacta Saturada 33 – 44 - 43 – 50 Areia Siltosa Fofa 20 – 22 - 27 – 30 Areia Siltosa Compacta 25 – 30 - 30 – 35 Argila 0 ( S = 100% ) 14 – 20 20 - 42 52 9.6 – Peck ( 1974 ) φ’ Tipo de Material Fofa Compacta Areia com grãos arredondados uniformes 27,5 34 Areia com grãos angulosos bem graduada 33 45 Pedregulho Arenoso 35 50 Areia siltosa 27 – 33 30 – 35 Silte inorgânico 27 - 30 30 – 34 10 – Resistência à Compressão Simples ( qu ) 10.1 – Bowles ( 1979 ) SPT Consistência γSAT ( tf/m3 ) qu ( Kg/cm2 ) < 2 Muito Mole 1,6 – 1,9 < 0,25 2 – 4 Mole 1,6 – 1,9 0,25 – 0,50 4 – 8 Média 1,7 – 2,0 0,50 – 1,00 8 – 16 Rija 1,9 – 2,2 1,00 – 2,00 16 – 32 Muito Rija 1,9 – 2,2 2,00 – 4,00 > 32 Dura 1,9 – 2,2 > 4,00 11 – Resistência Não-Drenada ( Su ) 11.1 – Simons ( 1977 ) Consistência Critério para Verificação Su ( Kg/cm2 ) Muito Mole Flui entre os dedos quando expremida < 0,20 Mole Facilmente moldável com os dedos 0,20 – 0,40 Média Pode ser moldada com os dedos com força 0,40 – 0,75 Rija Não pode ser moldada com os dedos 0,75 – 1,50 Muito Rija Quebradiça ou muito dura > 1,50 12 – Parâmetro “A” de poro – pressão ( A ) 12.1 – Fang ( 1975 ) Tipo de Material A Argila muito sensível 1,2 – 2,5Argila normalmente adensada 0,7 – 1,3 Argila arenosa compacta 0,75 – 0,25 Argila levemente sobreadensada 0,3 – 0,7 Argila fortemente sobreadensada -0,5 – 0,0 Areia fina muito fofa 2 – 3 Areia fina mediamente compacta 0 Areia fina compacta -0,3 Loess -0,2 53 13 – Módulo de Young do Solo ( Es ) Es ( Kg/cm2 ) Tipo de Material Bowles ( 1977 ) Barkan Fang ( 1975 ) Argila muito mole 3 – 30 3,5 – 30 Argila mole 20 – 40 20 – 50 Argila média 45 – 90 40 – 80 Argila dura 70 – 200 70 – 180 Argila arenosa 300 – 425 300 – 400 Aterro glacial 100 – 1600 Loess 150 – 600 Areia siltosa 50 – 200 70 – 200 Areia fofa 100 – 250 100 – 250 Areia compacta 500 – 1000 500 – 800 Areia e pedregulho compacto 800 – 2000 1000 - 2000 Areia e pedregulho fofo 500 – 1400 Silte 20 - 200 Argila siltosa plástica com areia e silte 310 Argila siltosa saturada co areia 440 Argila siltosa compacta com pouca areia 2950 Areia com pouca umidade 540 Areia com pedregulho 540 Areia fina saturada 850 Areia mediamente compacta 830 Loess 1000 – 1300 Gelo loessico 1200 14 – Módulo Geométrico do Solo ( Eoed ) Eoed ( Kg/cm2 ) Tipo de Material Kogler e scneidig ( 1948 ) Barata ( 1984 ) Pedregulho 1000 – 200 Arenoso 500 – 800 Areia fofa 100 – 200 Argila dura 80 – 150 Argila rija 40 – 80 Argila mole 15 – 40 Argila muito mole 5 – 15 Turfa 1 – 5 Argila orgânica muito mole da B. Fluminense 2 – 5 Argila orgânica muito mole da B. Santista 8 – 12 Argila residuais de granito 65 Argila residuais de gnaise 63 Argila residuais de diábase ( N=8 ) 27 Argila porosa da cidade de São Paulo 52 Argila residual de basalto ( N=15 ) 50 – 80 Areia argilosa residual de alteração de arenito 20 54 15 – Índice de Compressão ( Cc ) 15.1 – Bowles ( 1979 ) Equação Aplicabilidade Cc = 0,007 ( LL – 7 ) Argilas amolgadas Cc = 0,01 . Wnat Argilas de Chicago Cc = 1,15 ( e0 – 0,35 ) Argilas em geral Cc = 0,30 (e0 – 0,27 ) Solos coesivos inorgânicos Cc = 0,0115 . Want Solos orgânicos; Argilas e Siltes Orgânicos Cc = 0,0046 ( LL – 9 ) Argilas Brasileiras Cc = 1,21 + 1,055 (e0 – 1,87 ) Argilas variegadas da cidade de São Paulo Cc = 0,009 ( LL – 10 ) Argilas normalmente adensada Cc = 0,75 (e0 – 0,50) Solos com baixa plasticidade Cc = 0,208 . e0 + 0,0083 Argilas de Chicago Cc = 0,156 . e0 + 0,0107 Argilas em geral Cc = 0,024 ( LL – 25 ) Argilas moles do Recife 15.2 – Fang (1975 ) Cc Tipo de Material LL ( % ) LP ( % ) Não Amolgada Amolgada Argila azul de Boston 41 20 0,35 0,21 Argila de Chicago 58 21 0,42 0,22 Argila de Lousiana 74 26 0,33 0,29 Argila de New Oleans 79 26 0,29 0,26 Argila de Fort Union 89 20 0,26 - Loess de Mississipi 27 – 43 17 – 49 0,09 – 0,23 - Argila orgânica silt.Dela. 84 46 0,95 - Argila siltosa de Indiana 36 20 0,21 0,12 Sedimentos marinhos-Canadá 130 74 2,3 - 55 Material de construção 1.1-OBJETIVOS 1.2-ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO 1.3-CUSTOS DE INVESTIGAÇÃO 1.4-RISCOS DAS INVESTIGAÇÕES 1.5-PROSPECÇÃO APLICADA AO ESTUDO GEOTÉCNICO DA IMPLANTAÇÀO DE UMA EDIFICAÇÃO. 1.5.1-Metodologia do projeto 1.5.2-Objetivos 1.5.3-Localização dos estudos 1.5.4-Principais tipos de prospecção Não 2.0 - MÉTODO DE INVESTIGAÇÃO 3.0-MÉTODOS SEMI-DIRETOS Origem: cone holandês, deepsounding => mecânico, manual 4.0-ENSAIO COM O DILATÔMETRO . 5.0-ENSAIO DE PERMEABILIDADE PROVA DE CARGA 6.0-MÉTODOS DIRETOS POÇO DE INSPEÇÃO 8.0-SONDAGEM A PERCUSSÃO PROCEDIMENTO NÚMERO DE FUROS E DISTRIBUIÇÃO Projeção em m² 8.1-ANÁLISE ISOLADA DAS CAMADAS DO SOLO - SOLOS DE COMPORTAMENTO GRANULAR SONDAGENS A PERCUSSÃO DIÂMETROS DAS SONDAGENS ROTATIVAS 10.0-SONDAGEM MISTA 11.0-SONDAGEM ESPECIAIS MÓDULOS DE ELASTICIDADE 11.2-COEFICIENTE DE POISSON Barkan Tipo de solo Coeficiente de Poisson Areia 0,20 Argila com pouca Areia 0,35 Argila 0,40 SONDAGENS A PERCUSSÃO ÍNDICES E PARÂMETROS GEOTÉCNICOS
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