Obras de terra Vol I Maria José

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
Fortificaçáo e Construçáo 
VOLUME I 
Prof. Maria José C. i? Alves de Lima 
Introdução 
Estudo do locaf da obra 
Prospecção do subolo 
Métodos de proçpecção por escavação 
Sondagens a m o s 
Sondagens a percussão 
Sondagens rotativas 
Coleta de amostras indeformadas 
Ensaios de campo 
Comumente. os solos são considerados como apoio básico de estruturas tais como edifícios. muros 
de arrimo, túneis ou condutos enterrados. 
Entretanto. o solo é o mais antigo material de construção de que se tem notícias. 
O Homem, antes de saber ler e escrever, aprendeu a moldar a tem em blocos, que secavam ao ar, e 
com eles levantava paredes para suas casas; aprendeu a amontoar o solo para enterrar seus mortos e a 
formar plataformas para adoração de seus deuses. 
Do mesmo modo, os blocos de rocha provenientes de depósitos fluviais ou talus foram utilizados, 
isoladamente ou em mistura com solos, nas primeiras construções humanas. Dessa mistura primitiva, evoluiu- 
se para as construçóes mais sofisticadas de alvenaria, que só vieram a se aperfeiçoar através da 
mecanização. 
Por outro lado, o solo é um material de construção durável, o que é demonstrado por muralhas de 
cidades pré-históricas e antigos terraplenos, encontrados em muitas partes do mundo. ainda hoje. 
Apesar disso. o tratamento científico para o uso do solo e das rochas como materiais de construção, 
:-iciou-se em 1930 e tem revolucionado as obras de tem. 
A modema tecnologia tomou possível construir. rápida e economicamente. grandes estruturas de 
ma e rocha. que serão ainda mais duráveis do que os monumentos antigos. se cada etapa da obra for 
dnvenientemente organizada e executada, desde o planeiamento até a construção,. 
CONCEITO DE OBRA DETERRA 
Denomina-se OBRA DE TERRA toda aquela que utiliza o solo como material de construção. 
São obras de terra: 
ATERROS 
Entende-se como a tem um depósitu de terra m W d o peto homem para atender as mais 
diversas finalidades. 
TERRAPLENOS 
São aterros longos eestreitos destinados a: 
suporte estrada1 (rodovias e ferrovias } 
barragens 
diques para desviar ou acumular água 
REGULARIZA~ÃO TOPOGRÁFICA OU 
ELEYAÇÃO DO TERRENO 
Em regiões onduladas para obter-se 
platafwmas. 
. Terrenos baB<os, para elevar o nível das 
~0f lstniçõe~. 
. Quando adequadamente construidos, 
podem suportar cargas pesadas, com 
segurança e recalques compativeis. 
OBRAS DE CONCerrOS BÁSICOS -2 
de boa qualidade, mistura selecionada de solo- 
brita ou brita para funcionar como fundação. 
PAVIMENTO 
CORTES 
A construção d e obras viárias- exige uma sucessão& -cortes e atenos; a- fim- de que se possa 
implantar o corpo estradal. 
____--r 
ESCAVAÇ~ES 
PROBLEMAS GEOTÉCNICOS DOS CORTES 
conhecer0 =to-queserá manipulado- 
o comportamento após escavação 
condições de aproveitamento em aterros 
Sttperiici&ou Subterrânea 
implantar túneis, metros, dutos, etc 
Sub-aquáticas - Dwgagens 
O aprofundamento dos portos 
abertura de canais de acesso 
explora@ de jazida?. de areia para-os 
hidráulicos 
OBRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-3 
O engenheiro civil está envolvido no projeto de uma obra por vários diferentes aspectos e suas 
principais responsabilidades são: garantir a segurança e a economia da obra. 
Para atingir essas metas, deve entender como o terreno responderá ao seu projeto e como sua 
construção será afetada pelas condições locais, valendo-se para isso de um estudo adequado dos 
locais da obra. 
A investigação do local de uma obra deve ser entendido como o estudo do meio ambiente e 
condições do subsolo no local dos trabalhos e obras de engenharia civil, cobrindo todas as técnicas 
e investigações que possam ser empregadas para obter-se informações de um lugar particular. 
A Investigação é um ramo especializado da engenharia civil mas, como todas as especializa- 
ções, seus conceitos básicos e a suas aplicações precisam ser entendidos pelos que vão fazer uso 
dela. 
iiura 1 contém alaumas das muitas diferentes disciplinas que podem contribuir para uma vi- 
TOPOGRAFIA P- 
LOCAIS DAS 
OBRAS 
figura 1 
As especialidades ali citadas não devem ser consideradas indispensáveis em todos os casos 
de investiqações, embora, em obras de grande vulto. todas possam vir a ser empregadas. 
3quena escala, entretanto, cabe ao engenheiro geotécnico ser o mais versátil possível e 
)nhecimentos abrangentes, de modo a poder requisitar as especialidades adequadas, 
ai a w u d caso específico. 
OBRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-4 
Para se compreender como a Invesfigaç5o se encaixa no processo da engenharia civil, desde a 
concepção inicial até a conclusão e ainda além dela, alguns tópicos importantes devem ser desta- 
cados nos estudos dos locais para implantação de uma obra. 
a) A variabilidade dos locais de construção e a necessidade de tratamentos individuais. 
b) A importância da interação entre a obra e o ambiente e entre a estrutura e o terreno. 
c) O desenvolvimento de uma solução profissional de engenharia segura e econômica, levando 
em conta todos os fatores que pudessem afetar os trabalhos propostos. 
d) A necessidade de que as investigações do terreno sejam desenvolvidas tão efetivamente 
quanto possível, dentro de um orçamento fixo. 
As obras e construções são implantadas sobre ou no interior de uma camada, relativamente 
fina da crosta terrestre, composta de solo, rocha, ar e água. Entretanto, esses elementos podem 
variar e combinar-se de infinitos modos, para produzir condi@es locais totalmente diferentes. 
E fora de dúvida que não existe na superfície da terra dois locais que sejam rigorosamente 
idênticos. 
Cada um tem sua própria peculiaridade e cada um reagirá de modo diferente, as obras da en- 
genharia civil, sobre eles implantadas. 
São fatores de variação: 
0 a natureza litológica dos constituintes do subsolo 
ii o estado de consistência ou compacidade dos solos 
a o estado de fraturamento ou alteração das rochas 
U a disposição dos diversos horizontes de material 
U a história de sua formação 
INTERAÇÃO OBRA I AMBIENTE E OBRA I TERRENO 
O meio natural é instável e reage as solicitações exteriores segundo um processo que lhe é 
óprio. Compete ao Homem tentar compreender e definir as exigências naturais para estabelecer 
na estratégia coerente da ação humana, que lhe permita, em cada caso, adotar uma tática certa 
,3ra fazer a Natureza aceitar a construção projetada. Será necessário, então, conceber um con- 
junto meio natural-obra, coerente, cujo comportamento seja tal que, a perenidade do segundo não 
possa ser comprometido pelas reações do primeiro 
Quanto mais a obra altera as condições naturais, maior é o risco de insucessos. 
Exemplo disso, é o comportamento de uma mesma região face a implantação de obras com di- 
!rentes características. A antiga Rio-São Paulo (antiga Washington Luiz), na serra das Araras, 
áxima ao monumento rodoviário, nunca sofrera qualquer deslizamento, até as chuvas de 1966167, 
quando os acidentes foram de pequeno vulto. Trata-se de uma rodovia que, praticamente, acom- 
panha as curvas de nível sem grandes cortes e, portanto, sem agressões a natureza. Em contra- 
..-&:A- .=: ,..+ .i. trecho da atual via na direção Rio-São Paulo, na época concluido há pouco menos de um 
u sérios deslizamentos, interrupções do tráfego e a reconstrução exigiu obras de conten- 
iagem, que deveriam ter sido previstas no projeto original. 
, os tipos de estruturas interagem com o terreno, na superfície ou no seu interior. 
ra 2 ilustra as caractensticas de quatro estruturas que interagem com o subsolo de difer- 
ieiras. 
no, sofre! 
30 e drer 
Todos 
~ ~~ A figu 
ntes man 
OBRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-5 
Casa com fundaç0es a I m de profundi- 
I &@C ' D J ~ dade.& Investigação a 4 m abaixo da funda@ 16m em radier. 
Fia. 2a 
Fig. 2b - 1 km de rodovia. 
Investigações a 3 m além da pista e 
3 m de profundidade. 
- . . . ~ 
Fig. 2c - Ponte rodoviária, com fundação 
em estacas de 10 m de profundidade. 
Investigações a 6 m além das fundaç0es e 
a 30 m de profundidade 
Fig. 3d - Estrutura industrial com fundarão 
em sapatas isoladas, a 2 m de profundida- 
de. Investigaç6es a 6 m além do perímetro 
e a 10 m de profundidade. 
A casa tendo uma fundação em radier aplicará ao terreno pequenas cargas. (fig 2a) 
Por outro lado, o carregamento devido a ponte é muito mais elevado e foram empregadas esta- 
cas para transmitir cargas aos estratos mais profundos. (fig 2c) 
A estrada envolve uma área muito grande mas o carregamento do tráfego será, rapidamente, 
listribuido pela construção do pavimento. (fig2b) 
A fábrica é apoiada em fundações isoladas e a diferença entre os volumes de solo afetados 
lesse caso e na ponte é evidente. (fig 2d) 
BRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA6 
O engenheiro civil tem considerável controle sobre os materiais que emprega na construção, 
..ias pouco ou nenhum sobre os materiais que servirão de apoio as estruturas. 
A engenharia geotécnica , no sentido mais amplo, é mais uma arte do que uma ciência, con- 
tando o engenheiro com casos históricos, sua própria experiência e seu julgamento profissional, 
para chegar a solução de um problema. 
É verdade que o conhecimento das teorias da Mecânica dos Solos, Geologia, história do local e 
propriedades dos solos são todos essenciais mas, no fim, a solução de muitos problemas ainda se 
resume a um julgamento profissional. 
0 s projetos possuem diversos níveis de importância os quais, de um certo modo, determinam o 
orçamento disponível. É dentro desse orçamento que o engenheiro deve produzir um projeto que 
apresente um aceitável fator de segurança, seja prdtico e satisfaça ao cliente. Esses requisitos são 
muitas vezes resumidos pela expressão "uma solução profissional de engenharia". 
Há claramente diferentes escolhas para as fundações a serem utilizadas pelos engenheiros e 
diferentes problemas locais conduzirão a diferentes soluções. 
Em todos os casos, quanto mais esclarecedor o levantamento do local proposto, melhor as in- 
vestigações poderão ser planejadas e mais econ6micas serão. 
Nenhuma investigação pode ser considerada completa, pois os locais são muito variáveis e 
osso conhecimento muito limitado. Contudo, devem ser mobilizados recursos para reduzir-se o 
sco a um nível aceitável. 
Muitos métodos de análise consideram os solos homogêneos, isotrópicos e elásticos, mas de 
fato, eles são heterogêneos, anisotrópicos e inelásticos. Isto não quer dizer que os métodos não 
sejam válidos, mas suas limitações devem ser reconhecidas. Muitas vezes é necessário simplificar 
situações pois, sem alguma simplificação, o problema não teria uma solução possível. 
CUSTO DAS INVESTIGAÇÕES 
A perda financeira decorrente da incerteza sobre as condi@es do subsolo, pode ser substan- 
almente reduzida, aumentando-se a qualidade e quantidade da investigação. Contudo, isto não se 
stende indefinidamente e chega-se uma quantidade ótima de investigações, quando o custo fi- 
anceiro mais o custo da investigação atinge um mínimo. 
As situaçóes indicadas na fig.2 apresentam as seguintes relações custo das investiga- 
õesfcustos das estruturas. 
Tabela 1 - Relaç5o custo das investigações /custo da estrutura para alguns projetos 
RELAÇAO CUSTOS(%) 
I N V E S T I G . I E S T R ~ 
0.5 
0.5 
3.0 
1.0 
OBRA 
CASA 
lkm RODOVIA 
PONTE 
4 
- 
ÁREA 
n12 
150 
30 O00 
1 O00 
5000 
PROFUNDIDADES(m) 
FUNDAÇÕES 
1.0 
0.5 
10 O 
2.0 
INVESTIGAÇ~ES 
5.0 
3 .O 
30 O 
8.0 
OBRAS DE TERRA ESTüDO DO LOCAL DA OBRA-7 
Qualquer que seja o ramo da engenharia civil onde se vá desenvolver um projeto, ou seja, em 
que se vá CRIAR e MANTER uma construção, a chave principal deste processo é efetuar PRE- 
VIS~ES. 
Inúmeros exemplos podem ser citados para ilustrar os vários tipos de previsões feitas pelos en- 
genheiro civil. 
O projetista de estruturas para retenção de água, portos ou "off-shore" depende da previsão da 
magnitude de cheias ou tempestades, alturas de ondas e velocidade de correntes, etc, as quais os 
hidrologos , normalmente, expressam em forma de probabilidade. 
Projetando uma obra viária o engenheiro escolhe uma vida útil para o projeto e então prevê o 
nível de tráfego que irá ocorrer no período selecionado, no futuro. 
e:* CUSTO DAS CONSTRUÇ~ES 
Uma tarefa essencial de qualquer projeto de construção é a previsão de seu custo total para 
que o proprietário possa decidir se o projeto pode ser mantido, se deve ser alterado ou aban- 
donado. Em edificações esse custo reflete-se no preço de venda, tomando o empreendimento 
viável ou não. 
*:* MEIO AMBIENTE 
As grandes construções tais como, barragens, estações de energia, estradas e condutos po- 
dem influenciar, significativamente, o ambiente físico e humano em uma ampla área. Algumas con- 
seqüências de tais projetos são benéficos e outros detrimentais. 
*:* PROJETOS ESTRUTURAIS 
As previsões para os projetos estruturais dispõem de normas que englobam os conhecimentos 
óricos e empíricos consagrados, oriundos da experiência daqueles que participaram da elabo- 
çáo das normas. 
Como as normas são razoavelmente conservativas e a seleção do material e os métodos ex- 
ecutivos podem ser controlados para atenderem as especificações do projeto, os resultados finais 
obtidos são satisfatórios. Assim, nos projetos estruturais os aspectos subjetivos dos fatores empiri- 
cos foram grandemente eliminados. 
No Projeto Geotécnico o problema é mais complexo, em virtude da natureza heterogênea e 
3riável do solo. A abordagem do problema, puramente teórica, é de uso limitado e a experiência 
;ada a Geotecnia é fator importante. 
Lambe esquematizou o processo de previsão dos projetos geotécnicos nas seguintes etapas, 
; quais denominou Anatomia das Previsões. 
OBRAS DE TERRA ESTUDO W LOCAL DA OBRA-8 
ANATOMIA DE UM PROJETO GEOTÉCNICO 
(segundo LAMBE) 
0:. DETERMINAR A SITUAÇÃO NA NATUREZA 
DETERMINAR A SITUAÇÁO NA NATUREZA 
SIMPLIFICAR 
Nesta primeira etapa, que poderia também denominar-se Investigações Geot6cnicas. procura- 
se determinar certos aspectos da Natureza que interessam ao problema, utilizando os recurços da 
T 
Geologia, Geofísica, ~e.&nica dos Solos e ~ecânica das ~ochas. 
As informaçóes coletadas devem ser colocadas numa linguagem humana, isto é, esquemati- 
zada de uma forma que permita sua compreensão e utilização. 
Nos casos mais complexos, como o projeto de uma barragem de terra, a determinação da 
situação na natureza é feita através estudos que podem ser englobados em tres grupos. 
f 
GEOLOGIA 
DETERMINAR O MECANISMO 
SELECIONAR MÉTODOS E PARÂMETROS 
T I 
MANIPULAR METODOS E PARÂMETROS 
PARA OBTER PREVISOES 
=POR AS PREVISÕES 
A Geologia reune, o que se sabe e o que se vê do local da obra e suas vizinhanças, utilizando. 
Documentações m Foto - interpretação EzI Mapeamento de campo Ez I I l 
A interpretação desses dados, embora subjetiva e envolvendo o que não se vê, pemite esta- 
)elecer o primeiro modelo do local da obra. 
Com esse modelo define-se a sele$io, o quadro geral de mobilização, execução e interpretação 
jos procesos a serem empregados nos outros dois grupos. 
BRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-9 
O princípio geral dos métodos geofísicos é medir na superfície do terreno campos de força, 
naturais ou artificiais, com o objetivo de detectar anomalias nesses campos. Interpretando as 
anomalias, pode-se predizer a configuração dos materiais e das estruturas geológicas subter- 
râneas. 
Dependendo dos campos de força que façam usoe das propriedades físicas utilizadas, os 
métodos geofísicos classificam-se em: 
A engenharia civil utiliza os métodos elétricos e sismicos, principalmente os últimos, na investigação 
de estruturas subterrâneas (dobras - falhas), para os projetos de barragens, estradas, etc. 
4 Métodos Sísmicos 
Os métodos sísmicos baseiam-se no fato da velocidade de propagação das ondas elásticas 
variar com o tipo de rocha. Nos materiais de baixa consistência, como solos e sedimentos não wn- 
solidados, a velocidade é em média 1 500 m/s e nas rochas compactas como granitos, da ordem de 
5 000 mls. 
Criando-se na superfície do terreno ou a pouca profundi- 
dade uma fonte de ondas elásticas, por meio de explosões ou 
choques mecânicos, os limites (contatos) que separam mate- 
riais diferentes, refletem e refratam parte da energia das ondas 
elásticas. 
Os métodos geofisicos são de dois tipos: 
reflexão 9 quando observam as ondas refletidas. 
refração 6 quando observam também as ondas refrata- 
rocha das. 
Propriedade Física 
suscetibilidade magnéf~ca 
densidade 
condutividade elétrica 
velocidade de propagação das a- 
das elásticas 
Método 
magnético 
gravimétriw 
elétriw 
sísmico 
Fig. 3 
Campo de Força 
campo magnético terrestre 
campo gravitacional 
campo eiétriw 
campo de vibração eiástica 
A figura 3 representa a instalação necessária para o processo sísmico de refração. 
Ao atingir o wntato sololrocha, as ondas darão explosivo geofones amplificador 
início a outras ondas, propagando-se na rocha com a 
velocidade VI>. As vibrações da rocha ao longo do con- 
tato rocha/solo darão início a uma infinidade de ondas 
lue entrarão no solo em direção a superfície. 
Nos pontos de escuta (geofones), colocados a dis- 
.âncias variáveis de O, são determinados os tempos de 
.eterno Com a superfície as distâncias da primeira dos geofones onda. a origem das on- ;Z vz - - - + refraçóes 
ias e os tempos, calculam-se as velocidades de Figd Processo de refraçao 
~ropagação V, e as profundidades dos estratos. AS 
3RAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-10 
primeiras ondas vibratórias que atingem os geofones mais próximos, são ondas refletidas e os mais 
afastados recebem ondas refratadas. 
O método sísmico de reflexão fornece valores mais precisos das profundidades das camadas. 
Os métodos de refração só podem ser empregados em terrenos em que a velocidade de 
propagação V aumenta com a profundidade. 
0 s resultados das investigações geofísicas permitem burilar o modelo do local em estudo, 
anteriormente montado pela geologia, mas não permitem criar e estabelecer um modelo geotécnico. 
Melhores resultados são obtidos quando as camadas de solo tem caracteristicas bastantes dis- 
tintas. Assim, pela geofísica pode-se definir, perfeitamente, a transição solo/rocha e sem muita pre- 
cisão, solos de baixa resistência como areias fofas e argila de baixa resistência. 
Os levantamentos geofísicos são muito empregados em investigações de áreas extensas (dire- 
trizes de estradas, eixo de barragens, canais de acesso a portos para fins de dragagem, etc. 
SONDAGENS E ENSAIOS 
Manda a boa técnica, que nas obras de grande vulto, a aplicação dos métodos deste grupo se faça 
com base no modelo, o mais elaborado possível, obtido com os recursos dos grupos anteriores 
(geologia e geofísica). 
Uma sondagem pode então ser definida como: 
O um recurso para se provar e testar o modelo já montado, permitindo melhorá-lo. 
O uma ferramenta que permite realizar medidas dos parâmetros necessários, seja por 
determinages "in-situ ", seja pela coleta de amostras. 
É preciso ressaltar que, mesmo adotando-se a sequência lógica, anteriormente exposta, e em- 
pregando-se a tecnologia adequada nas investigaçóes, jamais se conseguirá fazer um inventário 
completo das condições e dos parâmetros que regem os fenômenos naturais, atingidos pela obra 
que se pretende construir. 
Por outro lado, as informações fornecidas 1 1s e os parâmetros obtidos com amos- 
tras ensaiadas em laboratório ou ensaios de campo, serao apenas pontuais, no maciço investigado. 
Tendo como referência o modelo pré-estabelecido, poder-se-á, legitimamente, extrapolar ao 
restante do maciço, os valores localizados e interpretar as variafles. 
*:+ SIMPLIFICAR 
Simplificar é estabelecer um modelo geotécnico do local, para que o problema possa ser tratado de 
forma científica e serem efetuadas previsões. 
Este modelo procurará definir: 
O os limites do local: os imediatos, que correspondem a área de implantação da obra e os longín- 
quos, isto é, até onde os fenômenos induzidos pela construção podem ser sentidos e ou medi- 
dos. 
O determinação da extensão, profundidade e espessura de massas contínuas de solo cujas carac- 
terísticas geotécnicas são mais ou menos constantes. 
O valores médios extremos dos parâmetros medidos, para caracterizar o material tipo de cada 
conjunto, quanto: a compressibilidade, a resistência ao cisalhamento e permeabilidade. 
O informações sobre a ocorrência de água no subsolo: profundidade do lençol freático e suas 
variações. 
O horizontes rochosos e sua classificação, informações sobre extensão, profundidade, espessura, 
direção, mergulho e espaçamento de juntas e planos de acamamento, estado de alteração e 
decomposição. 
B OBRASDETERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-1 1 
ti 
b *:* DETERMINAR O MECANISMO 
b 
C Neste estágio do processo, o engenheiro deve determinar o mecanismo ou mecanismos que 
a envolverão o futuro evento, isto é, a construção. Citamos como exemplo, a constni@o de um atem sobre uma camada de argila mole, 
b saturada, compressivel. 
B Dois mecanismos devem ser considerados: o primeiro, referente a capacidade de carga da ar- 
. gila para suportar o peso do atem sem romper e o segundo, as defomaçóes que vão ocorrer, por 
- ~ 
adensamento da argila. 
4 
PROJETO 
MECANISMO DE RUPTURA 
/-1 
Fig.5 Mecanismos atuantes no aterro sobre argila mole 
IRAS DE TERRA ESTUDO DO LOCAL DA OBRA-12 
Identificados os mecanismos, são definidas diversas alternativas para o projeto e toma-se ne- 
cessário selecionar métodos para efetuar as previsões e a escolha dos parâmetros dos solos en- 
volvidos por esses métodos. 
No exemplo citado na etapa anterior, um dos recursos de projeto para combater o mecanismo 
de ruptura seria a construção de bermas laterais de equilíbrio. 
Argila 
Fig. 6 (a) Projeto para combater a ruptura (b) Projeto para acelerar os recalques 
Com relação aos recalques, o projeto deverá prever algum recurso para acelerar o processo de 
recalques (drenos verticais de areia) ou diminuir o recalque que ocorrerá após a conclusão da obra 
(construção de uma sobrealtura). 
Existem na Mecânica dos Solos, vários métodos que podem ser utilizados na previsão (projeto) 
da solução de um problema, cada um tendo, evidentemente, seu valor e suas limitações. Nenhum 
deles é inútil a priori, mas também, nenhum é universal. 
Considerados, a cada nível do estudo, as características naturais do local, as particularidades 
do projeto e principalmente o mecanismo estabelecido na etapa anterior, são deteminados os 
parâmetros do solo. 0 s métodos de previsão, geralmente, requerem parâmetros de resistência, 
wmpressibilidade, permeabilidade e módulos tensão /deformação. 
Existem três processos para a avaliação de parâmetros: 
O os ensaios de laboratório 
O ensaios de campo 
O correlações empíricas 
*:* MANIPULAR MÉTODOS E PARÂMETROS PARA OBTER PREvIS~ES 
Trata-se do desenvolvimento propriamente dito do projeto, em que os parâmetros, obtidos e 
selecionados na etapa anterior, recorrendo-se muitas vezes a um tratamento estatístico, são intro- 
duzidos nas fórmulas dos métodos de projeto. 
O dimensionamento dos elementos constituintes do projeto são representados em plantas e as 
previsões do comportamento dossolos são traduzidos em gráficos e tabelas que são úteis durante 
a construção e no acompanhamento, por um certo período de tempo, após a implantação. 
No caso do aterro sobre argila mole, serão apresentadas as seções transversais do atem, com 
ou sem bermas laterais, para os modelos geotécnicos representativos de diversos trechos da es- 
trada. 
As previsões deste caso, referem-se aos recalques ao longo do tempo, que devem ser wntro- 
lados, por medições diretas das deformações e observações, através de piezômetros, das pressões 
neutras induzidas pela carga do aterro. 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇÃGI 
Os métodos que permitem a obtenção de amostras para classificação visual dos solos, 
realização de ensaios de laboratório e elaboração de um perfil registrando as condiçóes 
do subsolo em profundidade, podem sergrupados comose segue. 
ESCAVAÇOES TRADOS 
- -- -i -- -- - -- i 
o Poços 
o Trincheiras 
o Galerias 
o Manuais 
e 
o Mecânicos 
I_.-. .- 
I SONDAGENS 7 ENSAIOS -1 
- . . - -- . - -- 
o Percussão 
o Rotativa 
o Campo ou "in-situ" 
o Laboratório 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇÃO-2 
ESCAVAÇ~ES 
POÇOS ( NBR - 9604 ) 
Constituem o melhor método para obtenção detalhada de informações sobre resistência, 
3stratificação e descontinuidades dos solos. 
A perfuraflo pode ser manual ou mecânica. 
Exemplo de Aplicação 
Ri 
Estudo do subsolo em 
Infomaçóes Obtidas 
classificação tátil-visual de todos os 
horizontes de solo, coloração, origem 
geológica. 
disposição dos horizontes(profundidade 
e espessura). 
obse~a@es referentes ao NA. 
coleta de amostras indeforrnadas. 
TRINCHEIRAS ( NBR - 9604 ) 
São escavações longitudinais, superficiais, com o objetivo de pesquisar a continuidade de 
uma formação. 
Normalmente, são abertas por escavadeiras. 
xemplo de Aplicação Informações Obtidas 
classificações tátil-visual de horizontes 
de solo. 
Trincheiras disposição dos horizontes em prof~n- 
Areia didade, se executadas a diversas altu- 
ras. 
execução de ensaios de permeabili- 
/ ' Argila dade "in-situ". 
Observação da continuidade no sentido 
iontanteljusante de hotizonte preferencial 
e percolação 
C 
PROSPECÇÃO-3 4 OBRAS DE TERRA 
P 
' 
k 
b 
b 
mapeamento geológico das paredes, 
teto e piso. 
fotografias. 
direção e mergulho das descontinuida- 
des. 
amostras indeformadas de rocha 
GALERIAS 
São escavações no interior dos maciços, escoradas nos trechos em solo ou em ro- 
chas. nas regiões de decomposição ou grande alteração. - 
b 
B 
B 
ensaios "in-situ " 
Estudo da ombreira de uma bamgem de con- 
e e 1 creto. As galerias podem ter utilização poste- 
rior, como obras de drenagem dos maciços. 
- 
Podem ser inclinadas e mudar facilmente de direção. 
Abertas manualmente (solo) ou com equipamentos de escavação, usando ferramentas 
pneumáticas e explosivos (rochas) 
Exemplo de Aplicação Informações Obtidas 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAW 
SONDAGENS A TRADO 
Trata-se do processo mais simples, rápido e econômico para as investigações das 
condições geológicas superficiais. 
I Norma Brasileira: NBR-9603 I I APARELHAGEM: I 
f Trado cavadeira Trado helicoidal f - 
Recomendado para Indicado para solos argilosos, 
solos argilosos, siltoços silto-argilosos ou areno- 
OU mesmo arenosos, argilosos, com alguma coesão, 
desde que úmidos e para aderir ao trado. 
com wmpacidade. 
1 , Pesquisa do nível d'água. I 
> Pesquisa de determinado horizonte de solo. I 
Pesquisa de jazidas para aterros rodoviários, ferroviários e barragens de terra. 
I Planta Seçáo I I 1 coleta de amostras amolgadas profundidade dos horizontes de solo 1 
eb 
9 
Informações obtidas: 
determinação do NA volume dos materiais disponíveis em 
cada camada de solo 
C OBRASDETERRA PROSPECÇ~O - SONDAGEM PERCUSSAO - 1 
4 
4 
Sondagens a percussão com circulação de água 
6 
B 
9 NBR - 6484 Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos. 
5, 
9 NBR - 7250 Identificação e descrição de amostras de solos obtidas em sondagens de 
B simples reconhecimento dos solos. 
c! 
B NBR - 8036 Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para 
9 
fundações de edifícios. 
8 
9 NBR - 6502 Rochas e solos - Terminologia 
VANTAGENS APRESENTADAS PELO PROCESSO 9 
9 
9 Simplicidade na execução e no equipamento 
4 
0 Acesso fácil aos locais de sondagem 
e, Rapidez na execução 
b 
g Custo relativamente baixo ( 0,005% do custo total ) 
b Permite a medida de um índice do solo e a realização de ensaios 
b 
@ Proporciona a determinação da profundidade de ocorrência do NA 
E9 
b 
4 
a) Perfuração do solo 
b) Amostragem 
) Ensaio de penetração 
) Observação do nível d'água 
tificação e classificação das amostras 
mtação formal dos resultados 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - SONDAGEM PERCUSSÃO - 2 
SONDAGENS A PERCUSSÃO - ETAPAS DE EXECUÇÃO 
I) - PERFURAÇÃO 
a) O trado cavadeira inicia b) A perfuração prossegue c) Após o NA a perfuraqão 
a escavaqão , colocando- no interior do revestimento, utiliza o trépano de lavagem 
se Irn de tubo de com o trado helicoidal, até e circulação de água. 
revestimen- to ser encontrado o NA. 
2) AMOSTRAGEM 3) -ENSAIO DE RESISTÊNCIA A PENETRAÇÃO 
martelo 
65kg 1 
17% 
Inicial 
Final 
Após 24h 
Após a retirada do revestimento 
~RAS DE TERRA PROSPECÇAO - SONDAGEM PERCUSSÃO - 3 
Sondaaens a oercussão - Critérios de ~aralizacão 
COM BASE NOS ENSAIOS PENETROMÉTRICOS 
a) Quando, em 3m sucessivos, forem obtidos índices de resistência a penetração 
maiores do que 45 1 15 ( golpeslcm). 
b) Quando, em 4m sucessivos, forem obtidos índices de resistência a penetração 
entre 45 1 15 e 45 130 ( golpeslcm). 
B 
b c) Quando, em 5m sucessivos, forem obtidos índices de resistência a penetração entre 45 1 30 e 45 145 ( golpeslcm). 
1 AO ENCONTRAR MATERIAL IMPENETRÁVEL A PERCUSSÃO 
5 impactos do martelo com penetração nula. 
5 NO ENSAIO DE AVANÇO DA PERFURAÇÃO POR LAVAGEM 
03 a) avanços inferiores a 5cm, em cada período de 10 minutos (efetuando 3 
. determinações ). 
b) quando após a realização de 4 ensaios ( 120 minutos ), não for atingida a 
profundidade do ensaio de penetração seguinte. 
B 
b 
B Critério de classificação quanto a consistência ou compacidade 
b (De acordo com a NBR - 7250) 
8 1 SOLO I SPT I 
B 
B 
fofa (o) 
pouco compacta (o) 
medianamente compacta (o) 
compacta (o) 
muito compacta (o) 
Areias e siltes arenosos 
. . . . . . . .. 
. . . . 
I 
-. 
. . 
. . 
. . . . 
1 4 
5 a 8 
9 a 1 8 
19 a 40 
> 40 
muito mole 
mole 
média 
rija (o) 
dura (o) 
COMPACIDADE 
C Argilas e siltes argilosos 
- 
5 2 
3 a 5 
6 a 10 
11 a 19 
> 19 
As constmções no Brasil, em sua grande maioria, tiveram os projetos de suas fundafles 
baseados nos resultados de sondagens a percussão. 
Em alguns casos, essas sondagens foram complementadas com coleta de amostras 
indeformadas e ensaios de laboratório (fundações rasas apoiadas em argila mole) ou ensaios de 
campo do tipo de penetração do cone. (CPT) 
Tratando-se de um processo empírico de investigação, sua utilização depende de: 
+ correlações entre o número de golpes e a tensão admissivel ( capacidade de carga I 
fator de segurança ) 
parâmetros que permitem avaliar as deformações das fundações. 
- 
~anto maior a resistência a penetração ( SPT ) de um terreno, maior a capacidade de carga de 
na fundação nele apoiada e maior o número de golpes de um martelo de bate-estacas 
necessários para cravar as estacas. 
c AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS EM FUNÇÃO DO N (SPT) 
Nas areias, o N relaciona-se com a compacidade relativa D, = e, .- e 
e, .- e,, 
Em função da compacidade relativa, chega-se a uma previsão do ângulo de atrito ( 4 ) e da pressqo 
admissível. 
Nasargilas, o N esta correlacionado com o índice de consistência e a coesão não drenada. 
A tabela seguinte apresenta uma dessas correlações. 
Alguns autores preferem a correlação do N (SPT) com a resistência a compressão simples das 
argilas, resultando em gráficos, como o exemplificado na página seguinte, devido a Sowers. 
Observações importantes: 
A utilização de correlações empíricas deve ser feita com a consciência de suas limitações, pois 
foram estabelecidas para uma determinada formação de solo e certas características e técnicas 
de investigação. 
0 s valores obtidos de tabelas divulgadas pelas bibliografias correntes (Terzaghi-Peck e outros) 
em função de N (SPT), obtidos com o equipamento e técnicas normalizadas no Brasil, são 
conservativos, pois as hastes usadas no Brasil são mais leves, redundando em valores de N 
mais baixos. 
e! 
4 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - SONDAGEM PWCUSSÂO - 5 
eS 
B 
9 
B 
*:* AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS EM FUNÇÃO DO N (SPT) 
b 30 
E2 
@ 25 
a 
a 20 
s 
&) N 15 
b 
Q 1 o 
e! 
9 5 
9 
o 
Resistência n6o drenada da argila c, 
Sowers - - - Tetzaghi-Peck 
Boletim de campo de uma sondagem a percussão 
MATERIAL 
Atem - Areia fina e média, siltosa, variegada 
Areia fina, siltosa, com fragmentos de mn- 
Argila siltosa, orgânica, com fragmentos de 
conchas, cinza escura, muito mole. 
Silte arenoso, micáceo, variegado, 
Limite da sondagem 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - R O T ~ A - I 
SONDAGEM ROTATIVA I 
COLUNA DE PERFURAÇÁO DA SONDAGEM ROTATIVA 
Cabeçote de circula@o de água 
(permanece fixo enquanto as hastes giram) 
Fluido de pemiração 
Movimento de rotação 
Fluido com detritos 
~ress% vertical aplicada âs hastes 
Revestimento nas camadas em solo 
O fluido deve ser suficiente para permitir 
que a velocidade de retomo possa trans- 
portar os detntos da perfuraçáo. 
Cabeça do bamlete 
os detritos a superfície. 
Bamlete duplo giratório 
Testemunho da 
Coroa diamantada 
, / > 
,,!/,,,/;,,, /,/~/,,,,, / I i 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - ROTATIVA -2 
A Importância da Recuperação de Amostras 
Nas sondagens rotativas, existe um índice denominado percentagem de recuperação, defini- 
do como a relação entre o comprimento de amostra recuperada e o comprimento da manobra isto 
é, do trecho perfurado. Assim, se numa certa camada perfurou-se 2,O metros e só se recuperou um 
testemunho de 1 ,O metro, obteve-se uma recuperação de 50%. 
O principal objetivo de uma sondagem rotativa é obter uma recuperação de 100% ou seja, ter 
amostras ou testemunhos de todas as camadas atravessadas e dos materiais que, eventualmente, 
prencham as fraturas. Uma recuperação de 90% pode representar um problema para o geólogo ou 
engenheiro, particularmente se os 10% que faltam correspondem a um material mais fraco e por- 
tanto de maior importância. Admitir-se que o terreno não recuperado é idêntico ao restante, pode 
~onduzir a uma interpretação errônea da formação investigada, pois, na técnica atual, as zonas 
menos resistentes e em particular os enchimentos das fraturas são os que oferecem maior dificul- 
dade a recuperação e essas zonas são, afinal, as que determinam o comportamento mecânico dos 
maciços rochosos e também sua permeabilidade. 
Ao contrário do que se admitia há alguns anos atrás, a percentagem de recuperação não é um 
indice da qualidade da rocha mas um índice aquilatador da qualidade da sondagem, s e ~ n d 0 inclu- 
sive para orientar o sondador quanto a medidas de aprimoramento e qualidade de seu trabalho, 
face a um material de friabilidade e erodibilidade fora do comum. 
Embora não seja um objetivo fácil de se atingir em algumas situações, existem muitos fatores 
influenciando a percentagem de recuperação que merecem ser analisados para que se possa reali- 
zar uma boa sondagem. 
A escolha adequada do bamlete 
Normalmente são usados bamletes do tipo duplo móvel, que se evitam o contacto do testemu- 
nho com o tubo exterior em movimento e com a água de circulação. Essa condição tenderia a des- 
gastar as partes menos resistentes do testemunho. 
A água é injetada na zona cortante da própria coroa. 
Há situações entretanto, em que o barrilete duplo móvel é ineficiente, tal como ocorre em for- 
mações muito alteradas e são empregados bamletes especiais que eliminam, quase totalmente, o 
trecho do testemunho sujeito a ação erosiva do fluido de circulação. 
O diâmetro da perfuração 
De um modo geral, a recuperação aumenta com o diâmetro da sondagem o que se acentua 
nas formações mais alteradas e fraturadas. 
Aplicação adequada da velocidade de rotação, pressão aplicada à rocha através da 
coroa e vazão do fluido de circulação. 
Para se poder variar a pressão aplicada a rocha, segundo as circunstâncias, é necessário usar 
máquinas de sondar que permitam essa regulagem pelo operador, não ficando o mesmo restrito ao 
controle do avanço. 
Pode -se dizer que quanto mais dura for a rocha menor deve ser a velocidade de rotação da 
coroa e maior a pressão sobre ela. Para rochas moles são recomendáveis velocidades altas e bai- 
X, sões sobre as coroas. 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇÃO - ROTATIVA -3 
A escolha adequada de coroas 
Na escolha da coroa deve-se fixar a quantidade de diamantes por unidade de área do bordo 
cortante, o número ( ppq - número de pedras por quilate ) e a granulometria das pedras. 
Geralmente são usadas coroas de 10 a 80 ppq, sendo recomendável um número elevado de 
ppq (pedras pequenas) para rochas de alta abrasividade e compactas e um número baixo de ppq 
(peças grandes) para rochas moles e friáveis. 
Quanto as saídas de água, usa-se poucas saídas em rochas duras e abrasivas e um número 
maior nas rochas moles e alteradas. 
Tira-se partido também da posição onde são colocadas as saídas de água, dispondo-as na 
parte cortante quando se trata de material sujeito a erosão. 
Eliminação das causas de vibração 
A vibração está ligada a diversos fatores entre os quais a ancoragem da máquina, estado das 
hastes e seu diâmetro que deve ser idêntico ao da coroa que está sendo utilizada. 
A pencia do sondador 
Muito frequentemente as sondagens são mal executadas por falta de conhecimento da equipe 
que as estão realizando e nem sempre um material que apresenta uma recuperação baixa corres- 
ponde a um maciço muito alterado. 
Isto pode ocorrer em forma@es xistosas, sondadas em direção aproximadamente perpendicu- 
lar à xistosidade e em maciços intensamente fraturados mas compactos, cuja baixa recuperação 
pode ser decorrente de deficiência na técnica de sondagem. 
ROCK QUALITY DESIGNATION ( RQD ) 
Com o intuito de englobar num só índice de classificação das rochas os efeitos do fraturamento 
e da alteração química, Deer (1967) introduziu o Rock Quality Designation - RQD. Este índice é de- 
finido para perfurações realizadas com coroas de diâmetro NX (54,7mm) ou superior. 
Trata-se de uma percentagem de recuperação modificada, em que no somatório do compri- 
mento da amostra recuperada, somente são considerados os pedaços de testemunho com compri- 
mentos de 10 cm ou mais, tendo-se o cuidado de verificar se o fraturamento foi provocado, mecani- 
camente, durante a execugo da sondagem. 
O RQD é portanto um índice relacionado com a frequência do fraturamento e se tem mostrado 
muito útil em vários locais para a estimativa da profundidade de escavação necessária para se atin- 
gir a rocha sã. 
As questões que se tem levantado na aplicação do RQD relacionam-se ao fato dos compri- 
mentos das peças poderem ser influenciadas pelo sondador e a possível influência do diâmetro da 
perfuração. 
Admite-se que, desde que a sondagem seja conduzida por pessoal qualificado, usando equi- 
pamento moderno, o RQD é um índice bastante significativo. 
>ágina seguinte encontra-se um exemplo de determinação de RQD,BRAS DE TERRA PROSPECÇÃO - R O T A ~ A -4 
rn 
b 
B *:* ROCK QUALITY DESIGNATION ( RQD ) *:* 
h ( Designação da qualidade da rocha ) 
ata-se de uma recuperação modificada em que são considerados, apenas, 
peças do testemunho recuperado, com comprimento mínimo de IOcm, 
nstituidos de rocha sã e dura. 
Testemunho 
recuperado 
(cm) 
Recuperação 
modificada 
(cm) 
Quanto ao RQD 
medianamente alterada 
muito alterada 
1 0 1 
Recuperação 5, 
ooo 
o"o 
1 
129/150=86% + 13 RQD= 8611 50~57% 
I OBRASDETERRA PROSPECÇÃO - ROTATNA -5 
I 
I 
ocasionalmente fraturada 
pouco fraturada 
medianamente fraturada 
muito fraturada 
extremamente fraturada 
em fragmentos 
I GRAU DE RESISTENCIA A COMPRESSÃO SlMPLES. (segundo D, Deere) 
Rocha 
muito resistente 
resistente 
pouco resistente 
branda 
muito branda 
Resistência (k~ lm2) 
>I 200 
1 200 - 600 
600 - 300 
300 - 100 
4 0 0 
RAS DE TERRA PROSPECÇÃO - AMOSTRAGEM - 1 
amostras de solo são usadas para identificação e determinação das propriedades dos solos, 
ssibilitando a realização de ensaios de laboratório. 
*:* CLASSIFICAÇÃO DAS AMOSTRAS DE SOLO 6 
vido ao processo de extração, foram removidos ou trocad 
REPRESENTATIVAS 
Conservam todos os constituintes minerais do solo in-situ e se possivel, sua umidade natural 
a 
. 
9 AMOLGADAS OU DEFORMADAS 
strutura foi perturbada pelo processo de extração 
INDEFORMADAS OU NÃO AMOLGADAS 
Amostrador Raymond -Terzaghi (SPT) z 
iservam ao máximo a estrutura do solo e portanto a massa específica aparente e umidade 
ural do solo in-situ. 
em superfície 
em profundidade 
Blocos 
Anéis 
Cilindros 
Tubos de ponta aberta (shelby) 
Tubos de pistão fixo (Osterberg) 
Amostrador Denison 
? 
B 
C OBRASDETERRA PROSPECÇAO - AMOSTRAGEM - 2 
I 
b 
b AMOSTRAGEM DE SOLOS 
Amostras Indeforrnadas em Superficie 
C O conceito de amostra superficial é bastante amplo, pois deve ser estendido a todas as 
amostras em que o operador tem acesso ao local da coleta. Assim, podem ser consideradas 
) amostras superficiais aquelas colhidas no interior de poços, escavações etrincheiras. 
B 
b Sáo cravados por aparamento os Anéis e os Cilindros. 
) Os Blocos avançam por escavação. 
9 0 Solos Coesivos Sem Pedregulho 
B Parafina 
Amostra 
a 
b Bise1 cortante Parafin 
B 
a) Cravação b) Escavação em 
tomo do tubo 
g O Solos Não Coesivos 
B 
C) Acondicionamento 
Tampa 
\ Cilindro 
a) Cravação b) Extração do 
cilindro cheio 
I Solos Coesivos Com Pedregulho Ou Concrecionado 
b Serragem 
0 Molhada , CaU<a de madeira 
= 40x40 cm - [@i 
o 
b) Colocaç20 do fundo c) Acondicionamento 
3RAS DE TERRA PROSPECÇ&O - AMOSTRAGEM - 3 
AMOSTRADOR DO TIPO SHELBY 
3RMA BRASILEIRA: NB - 1071 
Coleta de Amostras Indeformadas de Solo em Furos de Sondagem 
PLICAÇÃO: Equipamento destinado a obtenção de amostra indefonnada de solos coesivos 
de baixa consistência, náo cimentados e sem pedregulhos, pela cravação estáti- 
ca no terreno de um tubo de parede fina 
4 
e, 
- 
EQUIPAMENTO: OPERAÇÃO 
9 orifício . 
5 L Válvula de 
h esfera 
Tubo de parede 
eg fina. biielado, 
. A amostragem é precedida de uma perfuração até a 
profundidade desejada, empregando-se equipamen- 
tos usuais na execução de sondagens. 
. A contenção das paredes do furo pode ser conseguida 
pelo emprego de tubos de revestimento ou de lama 
bentonítica. 
. O revestimento deve ficar no mínimo a 0,50m acima 
da cota de amostragem. 
. O nível d'água ou lama, no interior do furo, deve ser 
mantido em cota igual ou pouco superior ao nível do 
lençol freático. 
O amostrador é cravado no solo de maneira rápida e 
contínua, sem interrupção ou rotação. 
Nos solos mais consistentes emprega-se um sistema 
de reação ou equipamento com dispositivo para 
exercer pressão hidráulica na cabeça do amostrador. 
. Durante a subida, a válvula impede que o fluido de 
perfuração pese sobre a amostra e ajuda a criar um 
vácuo parcial acima do solo, o que retém a amostra. 
5 OBRASDETERRA PROSPECÇÃO - AMOSTRAGEM - 4 
B 
B I AMOSTRADOR DE PISTÃO ESTACIONÁRIO 
B 
RMA BRASILEIRA: NB - 1071 
Coleta de Amostras Indeformadas de Solo em Furos de Sondagem 
RACTER~STICAS: 
;ompletamente selado no fundo, pode seguramente descer através do fluido e material mole cortado, 
em o risco de contaminação da amostra. 
- 
. Mantendo o pistão estacionário e descendo o amostrador, o topo da amostra é protegido contra 
g qualquer distorsão. O vácuo criado no topo da amostra é muito mais efetivo na retirada da amostra do 
queoefeitodaválvulano tuboshelby. 
DESCIDA AMOSTRAGEM 
IRAS DE TERRA PROSPECÇÃO - AMOSTRAGEM - 5 
1 AMOSTRADOR DE PISTÃO TIPO OSTERBERG I 
Pistão estacionário que utiliza o recurso de aplicar pressão hidrostática na cravação em solos 
mais consistentes e com a presença acentuada de areia. 
O projeto do tubode paredefinae os procedimentos nos trabalhos preparatórios, amostragem e 
manipulação dasamostrasdevem obedecer a Norma Brasileira NB - 1071 
3RAS DE TERRA PROSPECÇÃO - AMOSTRAOEM - 6 
AMOSTRADOR DENISON 
Utilizado para recolher amostras indeformadas onde os amostradores de parede fina e de 
pistão não podem operar vantajosamente, pois a pressão necessária seria tão grande que 
pausaria distorsáo na amostra ou dano no tubo. 
presentam sucesso na amostragem de argilas duras, solos altamente cimentados, mistu- 
s de argila e pedregulhos e rochas alteradas com a presença de argila. 
EQUIPAMENTO E OPERAÇÃO: 
Cabeça do amostrador 
O emprego do amostrador Denison exige, 
obrigatoriamente. uma sonda rotativa: 
Rolamentos que permi Consiste, basicamente, num amostrador 
a rotação do tubo exte duplo giratório, com um terceiro tubo 
interno de latão, fino, onde é recolhida a 
amostra. Entretanto, há outros detalhes 
de projeto que explicam o sucesso de sua 
utilização em solos difíceis. 
O tubo interno e a sapata sempre prece- 
dem o tubo externo rotativo no contacto 
com a formação, garantindo que a 
amostra será indeformada e não con- 
I taminada pelo fluido de perfuração. 
Tubo externo- O amostrador Denison é cravado por 
rotação do tubo externo numa perfuração 
revestida ou sustentada por lama ben- 
tonítica. Como o amostrador é pressio- 
nado contra o terreno. a amostra passa 
pela mola de retenção e é recolhida no 
tubo de parede fina que atua como o in- 
vólucro definitivo da amostra. 
Durante o processo de extração o tubo 
interno e a camisa permanecem fixos. 
Camisa de latão 
Retentor de amostra 
Sapata do tubo interno 
-.- 
Sái 
U S DE TERRA PROSPECÇÃO - AMOSTRAGEM - 7 
SELEÇAO DO TIPO DE AMOSTRA 
3 fatores condicionantes na escolha do tipo de amostras: 
b as características e parâmetros de solo a serem determinados 
natureza do solo 
9 a profundidade de extração 
g presença do nível d'água 
L 
O AMOLGAMENTO DOS SOLOS 
ando se trata de conhecer os parâmetros de resistência e deformação, para resolver 
itos problemas geotécnicos, são necessárias amostras indeformadas. 
prática, a obtenção de amostras totalmente indeformadas é inviável e os modos através 
3 quais as amostras podem ser perturbadas, podem ocorrer durante: 
+ a perfuração + a amostragem + o transporte 
4 estocagem + a preparação do ensaio 
consequências do processo de amolgamento se traduzem em: 
+ mudança nos estados de tensão 
4 mudança no teor de umidade e índice de vazios 
+ modificação na estutura do solo 
+ variações químicas 
+ mistura e segregação dos constituintes do solo 
guns aspectos do amolgamento não podem ser totalmente eliminados, como a variação 
estado de tensões pela remoção das amostras. 
itretanto, o grau de amolgamento pode ser controlado nas diversas etapas citadas. 
INTROLE DO GRAU DE AMOLGAMENTO 
Cuidadona técnica de amostragem. Nas amostras em profundidade, o amostrador deve 
ser cravado estaticamente. 
Manipulação cuidadosa, evitando-se impactos e vibrações, inclusive durante o 
transporte. 
Parafina nas extremidades, logo após a extraçáo, evitando-se a exposição ao sol. 
Conservação em câmara úmida, quando no laboratório. 
Evitar armazenamento por período demasiadamente longo. 
Projeto do amostrador. 
à OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - AMOSTRAGEM - 8 
9 
9 
b 
*3 PROJETO DO AMOSTRADOR *:* 
' O amostrador deve satifazer As seguintes condições para amolgar, o menos possível, as 
b amostras. 
b 
9 1 ELIMINAR DEFORMAÇ~ES DO TERRENO QUANDO DA CRAVAÇÃO 1 
b 
b A redução da influência do volume do amostrador no terreno é feita pelo índice de Área 
h) que pode ser definido pela relação volume deslocado pelo amostrador/ volume da amostra D: - D~~ 
9 c, = onde Dp = diâmetro interno do bisel de corte 
9 "P 
oi De = diâmetro máximo externo do tubo amostrador 
3 índice de área C, C 10%, para que o amostrador possa ser considerado de parede fina. 
1 amostrador padrão do SPT possui C, = 112% 
9 
9 1 ELIMINAR O ATRITO DA AMOSTRA NO INTERIOR DO TUBO I 
a 
Ima pequena abertura interna logo após o bisel cortante, pode reduzir o atrito entre as 
taredes internas do amostrador e a amostra. 
)efine-se como Relaçao de Folga Interna a rela@o C. = D1-Dp onde 
I D, 
Ip = diâmetro interno do bisel de corte 
- 
= diâmetro interno do tubo amostrador 
amostradores devem apresentar 0,5 c Ci c 1% 
ETERMINAR O COMPRIMENTO ÓTIMO DA AMOSTRA I 
rela@o entre o diâmetro da amostra e seu 
mprimento, depende da natureza do solo. 
ASTM recomenda para areias UD = 5 a 10 e para 
jilas UD = 10 a 15 
Norma Brasileira determina 60cm L < 120cm 
igulo do bisel 5 < a < 10 
BRAS DE TERRA PROSPECÇAO - ENSAIOS - 1 
As razões que podem conduzir à opção pela realização de ensaios de campo ou en- 
saios 'in-situ', podem ser grupadas como se segue: 
o 
B 
t dificuldade na obtenção de amostras indeformadas, como ocorre nas areias e so- 
los muito moles. 
t situações em que os ensaios de laboratório, em amostras pontuais, não traduzem 
as condições geológicas locais. 
t os ensaios'in-situ' são, em geral, de baixo custo e mais rápidos no fornecimento 
f 
5 das informações do que a coleta de amostras e os ensaios de laboratório. 
9 4 evitam os problemas da amostragern (alívio das tensões e distorsões), transporte 
e manuseio das amostras. 
OBJETIVOS DOS ENSAIOS DE CAMPO 9 5 
4 
9 t Determinação direta da capacidade de carga de elementos de fundação e dos seus 
4 recalques. Neste caso, são estabelecidas relações empíricas entre os resultados do ensaio e o comportamento dos solos. 
5 
eg t Estimativa das propriedades dos solos, tais como parâmetros de resistência, mó- 
e dulo, de deformabilidade, coeficiente do empuxo no repouso. 
a Para a determinação dos parâmetros são construidos modelos matemáticos, os mais próximos possíveis dos fenômenos físicos que ocorrem durante os ensaios e 
i-9 que possibilitem a determinação dos citados parâmetros. 
eS 
a3 
9 
e 
B 
e 
9 
3 
9 
IRAS DE TERRA PROSPECÇ~~O - ENS- - 2 
0s ensaios de campo mais correntes submetem os solos a diferentes tipos de so- 
licitação 
CISALHAMENTO ( Ensaio de palheta ou vane-test) I 
cisalh rnento 7 Estabelece uma superficie obriga- 
tória de ruptura, segundo a qual 
ocorre o cisalhamento do solo. Es- 
ses ensaios permitem ainda deter- 
minar-se a sensibilidade das argilas. 
I DESLOCAMENTO ( Penetração estática contínua ou diepsondering) 
DESLOCAMENTO 
Um cone de dimensões padroni- 
zadas, introduzido no solo, provoca 
seu deslocamento, rompendo-o. 
\ 
z I EXPANSAO CIL~NDRICA (Ensaio penetrométrico) ] 
EXPANSAO CIL~NDRICA A partir do estabelecimento de 
uma relação tensão-deformação 
"2 pode-se determinar características de resistência ao cisalharnento, de deformabilidade e coeficiente de ernpuxo no repouso. 
RAS DE TERRA PROSPECÇÃO - ENSAIOS - 3 
FINALIDADE 
dir a resistência não drenada de solos puramente coesivos, moles 
HIPÓTESES DE CALCULO 
Ruptura rápida; ensaio não drenado 
Solo isotrópico 
Superfície de ruptura cilíndrica com 
diâmetro igual ao do vane. 
Distribuição de tensões unifomes; 
sem ruptura progressiva. 
Amolgarnento despresacb 
$ 
9 L Dz2r-4 
b 
b 
B 
b 
b 
B Rotação da palheta 
i9 O momento de torsão máximo Mmax é obtido no ensaio quando da ruptura do solo, atuan- 
h 
b do nas bases e na superfície lateral da superfície de ruptura a coesão c, não drenada. 
1 
D 
b ~ÁLCULO DO ENSAIO 
B M,=x.D.H.c.-=-. D n . ~ ' 
2 2 H.c b 
M,,, = M, + 2M, 
1 ' A 2 
I 
nív 
9 are 
-. 
RAS DE TERRA PROSPECÇAO - ENSAIOS - 4 
*:* FATORES QUE INFLUENCIAM O RESULTADO DO ENSAIO 
VELOCIDADE DO ENSAIO I 
irgila pode ser considerada um sólido plasto-visco-elástico: puramente elástico até certo 
(el de deformaçáo e a partir daí suas deformações crescem com o tempo e por outro lado, a 
ocidade de deformação é função linear da deformaçào. 
3umento da velocidade se traduz por um endurecimento aparente do material. 
ra que os resultados pudessem ser comparáveis, padronizou-se a velocidade de rotaçào em 
.'Iseg (6" Imin) 
HETEROGENEIDADE I I ANISOTROPIA 
B 
5 pedregulhos 
9 fragmentos de conchas 
eS 
9 
HIPÓTESES SOBRE 
,sapata de proteção 
i 1 i j da sapata 
. . , . 
palheta 
Um solo é anisotrópico quanto a coesão se 
esse parâmetro variar com a direção consi- 
derada.Nesse caso, nas bases atuaria a 
coesão CH e na parede lateral a coesão c ~ . 
Pode-se estabelecer a expressão correla- 
cionando CH e c~ com a relação HID e rea- 
lizando-se ensaios com palhetas com di- 
versas relações H/D pode-se determinar 
CHe =v. 
A RUPTURA 
A instalação do vane causa modificações 
nas tensões do solo, bem como amolga- 
mento da argila. 
Na realidade, a superfície de ruptura não é 
cilindrica, podendo ocorrer outros modos de 
ruptura. 
As zonas próximas a palheta podem estar 
sob tensões mais elevadas, com concen- 
tração nas extremidades das lâminas (ruptura 
progressiva). 
de ruptura admitida 
9 à palheta 
9 
c 
IRAS DE TERRA PROSPECÇÃO - ENSAIOS - 5 
ENSAIO DE PALHETA OU VANE-TEST 
s 
*:* FATORES QUE INFLUENCIAM O RESULTADO DO ENSAIO 
I PLASTICIDADE DA ARGILA ( 
Analisando casos de ruptura de aterros sobre solos moles em que o projeto previa FS>l, L.Bjerrum 
( 8 O Congresso de Mecânica dos Solos-Moscou-1973) concluiu que a coesão obtida no Vane deveria 
ser comgida, multiplicando-se por um fator menor do que 1, para se levar em conta os efeitos do 
creep (tempo) e da anisofrupia que se manifestam na ruptura do aterro. 
CREEP OU FLUÊNCIA (TEMPO) 
Este efeito está ligado ao mecanismo de mobilização da resistência rápida (coesão), que 
seria de natureza viscosa e que tenderia a apresentar um valor mais elevado no início da 
mobilização e a diminuir com o tempo, semanas ou meses, dependendo da permeabili- 
dade da argila Como o vane é realizado em minutos, estaria medindo uma resistência 
maior do que a que será utilizada para suportar o aterro. 
4 Não confundir este efeito com o da velocidade de ensaio 
ANISOTROPIA NO C~RCULO DE 
RUPTURA 
Ao longo do círculo de ruptura há uma reori- 
Na conjunção dos dois efeitos , predomina o relativo a perda de resistência com o tempo. 
Bjerrum mostrou que, quanto mais plástico o solo, maior a correção devida ao creep e menor a 
correspondente a anisotropia. 
c , = c,. p~ sendo c, - coesão corrigida c, - coesão medida no ensaio 
pR - fator de correção dependendo do índice de plasticidade do solo (IP) 
entação das tensões principais, o que faz 
com que a resistência média do solo seja 
superior a obtida pelo vane-test. w cornpressao extensáo 
cisalhamento 
direto 
B 
@ OBRASDETERRA PROSPECÇÃO - ENSAIOS - 6 
O 
5Correção da coesão obtida no ensaio de vane-test, em função da plasticidade 
B ( segundo BJERRUM - 1973) 
B 
o 2 0 4 0 ~ 8 0 1 0 3 1 2 0 
(segundo Bjerrum) 
P 
e OBRASDETERRA PROSPECÇÃO -ENSAIOS - 7 
C 
C 
b 
b 
C PRINC~PIO DO ENSAIO 
B 
b I FP 
ENSAIO DO CONE OU DIEPSONDERING 11 
Consiste em determinar o esforço, estático e contínuo, 
necessário para fazer penetrar no terreno um cone colocado 
1 
na extremidade de uma haste. 
O esforço medido, dividido pela seção da base do cone, é 
denominado resistência de ponta. 
FT 
revestimento 
\ i Quando se associa as hastes uma camisa de revestimento 
e mede-se a resistência a penetração do conjunto cone + 
haste + revestimento, mede-se a resistência total F,. 
A diferença F,= F, - Fp corresponde ao atrito desenvolvido 
entre o soloea camisa. 
A resistência de atrito, por unidade de área, pode ser 
determinada pela expressáo 
b Com este tipo de cone , denominado cone holandês, obtem-se apenas o valor do atrito Ia-teral 
édio de todas as camadas atravessadas e náo um atrito localizado. Este valor médio é influen- 
ado pelo amolgamento das camadas superiores no contacto com o revestimento. 
cste inconveniente foi contornado por outro tipo de cone, denominado cone Begmann, que 
macamisa próximaaocone, permitindo a medida do atrito lateral local. 
- 
3BRAS DE TERRA PROSPECÇAO -ENSAIOS - 8 
POS DE PENETROMETROS PARA O ENSAIO CPT 
E 
) Cone holandês 
-elemento porcso 
- 
b) Cone Begeman 
Cone elhtrico ( Fugro - tipo subtração ) d) Piezocone 
iXEMPLO DE UMA PONTEIRA CONE-ATRITO ELÉTRICA 
cone 2 -base cilíndrica do cone 3 -anéis de vedação e apoio 
célula elétrica de carga 5 - sensores elétricos 6 -luva de atrito 
conedo elétrica com vedação 8 -conexão para tubo externo 9 - cabo elétrico 
. vedaçáo 
OBR 
- 
1 
r I- 
AS DE TERRA PROSPECÇÃO -ENSAIOS - 9 
I ENSAIO DO CONE OU DIEPSONDERING 
HASTE 
4cm 
......... ........................ 
Durante a medida da resistência de ponta, 
a haste se desloca, empurrando o cone, até 25cm 
que seu alargamento encontra o batente do 
RESISTÊNCIA TOTAL 
Sem mover a ponta, o revestimento desce 4cm res- 
tabelecendo a configuração inicial da aparelhagem e 
o conjunto desce até 25cm abaixo da posição inicial, 
determinando-se a resistência total. 
Nessa posiçáo realiza-se novo ensaio de ponta 
v 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - ENSAIOS - 10 
ENSAIO DO CONE OU DIEPSONDERING 1 
CONE DE BEGMAN 
POSIÇAO INICIAL 
camisa para 
medida de 
atrito lateral local 
cone para 
resistência de pont 
RESISTÉNCIA DE PONTA 
Mede-se o esforço necessáiro 
para fazer, somente o cone, pe- 
netrar 4cm, no terreno. 
RESISTÊNCIA DE PONTA 
i- I 
Mede-se o esforço necessário para fazer, 
o cone e a camisa de atrito, penetrarem 
4cm, no terreno. 
POSIÇÁO FINAL 
POSIÇÂO FINAL 
Restabelece a posição inicial da aparelhagem e 
todo o conjunto é penetrado 12cm no terreno, me- 
dindo-se a resistência total. Assim, 20cm abaixo da 
posição inicial, é realizado novo ensaio. 
*:* CARACTER~STICAS DOS EQUIPAMENTOS 
EQUIPAMENTO DE 2.5 t 
- 
EQUIPAMENTO DE 10 t 
INFORMAÇ~ES OBTIDAS 
Resistência de ponta 
Resistência total 
Atrito lateral médio 
L,10 R, =-- 
10 - L, kg /c& 
R, =L, lOkg 
CARACTER~STICAS 
CONE 
ÊMBOLO 
INFORMAÇ~ES OBTIDAS 
Resistência de ponta 
Resistência total 
Atrito lateral médio 
L, 20 R, =-- 
10 - 2Lp kg/c& 
R, =LT .20kg 
CARACTER~STICAS 
S = 10cm2 
D =35.7 mm 
ángulo da ponta = 60" 
A = I O cm2 
CONE 
ÊMBOLO 
REVESTIMENTO 
CÁLCULO DO ENSAIO Lp - leitura na ponta 
Lt - leitura total 
~ = 1 0 c m 2 
D =35.7mm 
ângulo da ponta = 60" 
A = 20 cm* 
+,fi = 36 mm 
+int = 16 mm 
ÁLCULO DO Lp - leitura na ponta 
NSAIO Lt - leitura total 
a; 
e 
e$ MECÂNICA DOS SOLOS PROSPECÇAO - ENSAIOS - 12 
e 
C *:* CARACTER~STICAS DOS EQUIPAMENTOS 
e? 
C 
e? 
b 
t 
C 
2 
b 
e 
0 
c 
9 
5 
5 
5 
B 
3 
9 
e 
a 
b 
b 
A 
ca 
ea 
b 
b 
9 
e? 
e 
s 
b 
b 
EQUIPAMENTO DE 17.5 t 
INFORMAÇ~ES OBTIDAS 
Resistência de ponta 
Resistência total 
Atrito lateral local 
CARACTER~STICAS 
CONE 
ÊMBOLO 
REVESTIMENTO 
2 S=IOcm 
camisa de 
atrito = 1 50cm2 
ângulo da ponta = 60" 
A = 38.48 cm2 
4,fi = 36 mm 
+int = 16 mm 
CALCULO DO Rpl - leitura do cone R 
ENSAIO R, =-kg/crr? Rp2 - leitura cone + 1 o 
camisa 
fs = R ~ - R p l k g / c d 
RT - resistência total 
150 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇÂO -ENSAIOS - 13 
ENSAIO DO CONE OU DIEPSONDERING 
PENETROMETRO HOLANDÊS 
FOLHA DE ENSAIO RESULTADO DO ENSAIO Moa 
PROFUNDIDADE 
q, - resistência de ponta 
R,- resistência total 
CONE BEGEMANN 
q, - resistência de ponta Argila arenosa cinza 
; - atiito lateral local 
OBMS DE TERRA .. PROSPECÇÃO - ENSAIOS 
PIEZOCON E - CPTU 
Princípio de funcionamento Vista de um equipamento 
q, = resistência de ponta R = fs lqc (%) (Mpa) u (MPa) 
O 0.1 0,2 Q3 0.4 
f, = atrito lateral local (MPa) Resultado de um ensaio CPTU 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇKO - ENSAIOS -15 
RELAÇÃOENTREOCPTEOSPT 
sol0 Schmertman Ramaswany et al Danziger e Velloso 
1970 1982 1986 
k k k 
Areia 0,4 - 0,6 0,5 - 0,7 0,60 
Areia siltosa, argilosa, silto-argilosa 0,3 - 0,4 0,s 0,53 
ou argilo-siltosa 
Silte, silte arenoso, argila arenosa 02 - 0,48 
SiIteareno-argiloso,argilo-arenoso, - 02 0,38 
argila silto-arenosa, areno-siltosa 
Silte argiloso - 0.30 
Argila, argila siltosa - 0,25 
-- -- -- 
Fonte: Fundações, 1996 ( Dirceu A Velloço-Francisco R. Lopes) 
Valores de k = q, I N, em função da granulornetria do solo 
(Robertson et ai. 1963) 
2 OBRAS DETERRA PROSPECÇÃO - ENSAIOS - 16 
Li! 
ENSAIO DE PENETRAÇÃO DO CONE - CPT 
CORRELAÇ~ES 
Com os ensaios CPT, realizados em areias, pode- 
4 400 
4 se estimar a compacidade relativa (C,), o ângulo de 200 
C atrito efetivo (I$'), o módulo de Young drenado (E') ou IM) 
o coeficiente de empuxo no repouso. 
Essas estimativas são conseguidas em relações 
2o 
empíricas, obtidas por diversos autores , principal- ; ,o 
mente em ensaios em câmara de calibraçáo. L 9 6 
Nesta página constam alguns exemplos dessas 4 
2 
correlaçoes 
1 
O 1 2 3 4 5 6 
R 
@ Rela 
e, Den! 
ção Resistência de Ponta, 
ãidade Relativa e Tensão Vertical Inicial 
wles,1988 ) 
Relação entre a Raso de Atrito, 
Resistência de Ponta eTipo de Solo 
( Robertson e Campanella, 1983 ) 
Relação Resistência de Ponta, 
Densidade Relativa e Tensão MBdia Inicial 
( Bellotti,1986 ) 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO - ENSAIOS - 17 
ENSAIOS DE PERMEABILIDADE IN - SITU 11 
Em projetos importantes justifica-se a realização de determinações in-situ da permeabilidade de 
solos e rochas pelas seguintes razões: 
os ensaios de laboratório são realizados em pequenas amostras as quais podem não 
serem representativas de fissuras ou larninaçóes que eventualmente existam no terreno. 
o processo de amostragem, por mais cuidadoso que seja, altera a amostra, afetando o 
*:* resultado obtido para a permeabilidade. 
algumas formaçóes apresentam sérias dificuldades ao processo de amostragem em 
* especial os solos arenosos. 
nomalmente, os ensaios de laboratório medem a permeabilidade segundo uma Única 
direçáo, quando na prática pode ocorrer considerável diferença entre a permeabilidade 
horizontal e vertical, particularmente nos solos aluvionares. 
Dispõe-se dos seguintes tipos de ensaio para a determinação da permeabilidade 
> Ensaios em furos de sondagem 
recomendável para os solos granulares, 
ensaio de carga cxnstante pois nos solos finos pode demandar muito 
tempo. 
ensaio de carga va,-jável O de realizago mais simples, indicado para 
os solos finos 
g Ensaios de bombeamento 
apropriados para solos ou rochas altamente permeáveis, nosproblemas que 
envolvem o rebaixamento do lençol d'água ou a avaliação de um aquífero para 
abastecimento d'água. 
g Ensaios de perda d'água ou de Lugeon 
Normalmente utilizados para determinar a permeabilidade de rochas, submeti- 
das ao fluxo da água sob elevadas pressões. Foram desenvolvidos para estu- 
dar a perda de água de rochas nas fundaçóes de barragens e avaliar o volume 
de injeçáo de cimento necessário a irnpermeabilização. 
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
OBRASDETERRA PROSPECÇÃO - ENSAIOS - 18 
E 
C 
B ENSAIOS EM FUROS DE SONDAGEM 
t2= At t,= o 
d 
Nível do terreno 
e, 
Caso a) Permeabilidade predominante vertical 
ei t,= O t2= At 
Caso b) P e r m e a ~ d e predomi-ontal 
4 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇÃO -ENSAIOS - 19 C 
I1 ENSAIOS EM FUROS DE SONDAGEM 
ENSAIO DE CARGA CONSTANTE 
8 Nível mantido mn-nte 
durante o ensaio 
. <- 
I 
Nível do terreno 
el da água 
Cota de ensaio abaixo do NA 
Nível mantido mnstante 
urante o ensaio 
h,=h,+h, 
Cota de ensaio acima do NA 
Caso a) Permeabilidade predominante vertical 
8 Nivel mantido mnstante 
rdurante o ensaio 
do terreno 
da água 
- 
Cota do ensaio 
h, = h, + H, 
Cota de ensaio abaixo do NA 
V * Nível mantido mnstante 
urante o ensaio 
h,=h,+h,+L/Z 
Cota de ensaio acima do NA 
-Caso b) Permeabilidade predominante horizontal 
$B 
9 
uBRAS DE TERRA PROSPECÇAO -ENSAIOS - 20 
B 
m L 
ENSAIOS EM FUROS DE SONDAGEM 
1s ensaios de permeabilidade foram estudados por Hvorslev no U.S. Corps of Engineers e 
cálculo dos ensaios baseia-se na expressão estabelecida para o volume que atravessa o 
310 na unidade de tempo (q). 
q = F.K. h E l 
onde: F - fator de forma 
h - carga hidráulica 
K - coeficiente de peneabilidade 
nsaios de Carga Variável 
 lume escoado no tempo dt q-dt=A.dh A - seção transversal da bureta 
~nsiderando a correlação de Hvorslev 
insaios de Carga Constante 
tetomando-se a equação inicial: 
5s de F dependem da geometria do ensaio. 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO -ENSAIOS - 21 
I ENSAIOS DE BOMBEAMENTO 
PRINC~PIO DO ENSAIO \ 
O ensaio consiste em medir o volume de água 
esgotado de um poço, simultaneamente, 
realizando-se obse~açóes da variaçáo do nível 
\\ 
L 0 Poço de bombeamento 
'. Poço de obse~açáo 
dágua emoutros poços. 
Adisposição dos poços é mostrada, esquemati- 4 
carnente, nafigura. ', 
A água é bombeada a uma velocidade cons --+----e ---- .-- 
tante até que os níveis da água permaneçam 
constantes nos poços de observaçâo, ou seja 
quando se estabelece um regime permanente i, 
de escoamento. I 
São registrados a descarga do poço e os níveis 
nos poços de obse~açáo. i I 
HIP~TESES BASICAS 
4 Formação arenosa, homogênea, isotrbpica + Nível d'água original horizontal. 
+ O poço penetra em toda a espessura da camada. 
4 Validade da Lei de Darcy Validade da hipótese de Dupuit 
o hidráulico é constante em qualquer 
q = AKi raio r e igual à inclinação da superfície da água 
. dh 
I = - 
dr 
É considerado o escoamento num 
cilindro de solo tendo 
raio r 
espessura dr 
alturah 
gradiente hidráulico . dh 
I = - 
dr área através da qual ocorre o 
escoamento A = 2nrh 
r d r 
dh 
'artindo da Lei de Darcy: = & = kr~t~- dr dr 271 
ou -=-Khdh 
r q 
Logo: 
OBRAS DE TERRA PROSPECÇAO -ENSAIOS - 22 
ENSAIOS DE PERDA D'ÁGUA SOB PRESSÃO 
ENSAIO COM 
i B medido atB 
!ste nlvel quando 
I ensaio é realiza- 
do acima do NA 
OBTURADOR SIMPLES 
Trata-se de um ensaio empíriw destinado 
a determinar a absorção da água na rocha 
'in-situ'.São realizados no interior de furos 
romeiro de sondagens rotatwas wmdiâmetm N. 
Consiste em isolar-se um trecho da 
perfuração e injetar-se água sob pressão, 
medindo-se o volume de água absorvido I d'água pela rocha. 
Nos ensaios realizados no final da períura- 
@o, emprega-se um único obturador 
obturador expansível mecânica, hidráulica ou 
pneumaticamente, para isolar-se o trecho 
a ensaiar. 
ENSAIO COM OBTURADOR DUPLO 
Manõmetro, 
No ensaio duplo um pequeno trecho da 
perfuração (3m) é isolado do resto do furo 
pordois obturadores. 
O ensaio é realizado em etapas, em cada 
uma utilizando-se uma pressão que é 
mantida durante 5 minutos, antes de 
medir-se o volume injetado num intervalo 
detempo t. 
As pressões variam de um valor mínimo 
até um máximo, decrescendo a seguir ao 
valor inicial. 
São medidos durante o ensaio: 
H B medido a* 
e& nfvel quando 
o ensaio é realiza- 
do acima do NA. 
Q - volume de água injetado num certo 
tempo, lido no manômetro (litro). 1 = t/,3 
H ,.$c' 
L - comprimento ensaiado (m). 4 ,\oQ, 1L73bq 
- 
I 
H - carga dacolunade água (m) 
(WIO em kgf/cm2) t/ n o 6 
Calcula-se: 
, - pressão efetiva responsável pelo 
fluxo na rocha (kgflcm2) 
=Q/t - descarga ( 11s ) 
r - raio da seção de teste (m) 
p, - pressão manométrica (kgf/crn2) 
Pc- 
perda de pressão devido ao atrito 
a nas tubulações, determinada por 
calibração do equipamento.(kgf/cm2) 
Para ambos os casos: 
K - permeabilidade (mls) 
H. - carga equivalente ap. 
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
3BRAS DE TERRA PROSPECÇAO -ENSAIOS - 23 
ENSAIOS DE PERDA D'ÁGUA SOB PRESSÃO 
r Embora empínco, o ensaio de perda d'água fornece informações preciosas sobre: 
B o grau de fissuramento da rocha, 
b a posição das fendas fraturas e outras descontinuidades, podendo-se estimar suas dimensões 
B 
t A análise dos resultados dos ensaios é dingida no sentido de obter informações sobre a conveniência 
se procedertratamento por injeções de cimento ou produtos químicos. 
Com os resultados obtidos são traçados gráficos correlacionando a descarga absorvida pela rocha, por 
unidade de comprimento do trecho ensaiado com as pressões aplicadas. 
São os denominados diagramas de Lugeon. 
RESULTADOS T~PICOS DE ENSAIOS DE PERDA D'ÁGUA 
pressáo ( kg~ctn') 
Ê A . 
pressáo ( kgf/crn2) 
C 
'E 
5 
A passagem da água sob pressão provocou 
um aumento da permeabilidade, pois a vazáo 
na descarga 6 maior doque no carregamento, 
sugerindo que ocorreu uma abertura das 
fraturas. 
Caso ideal. A lei de Darcy impõe que o escoamento seja 
diretamente pmporcional &i pressão. 
pressáo ( kg~crn') 
- Não há abertura nem wlmatagemdefisçuras. 
o 
N 
m 
> 
A passagem da água sob pressa0 provocou 
uma diminui@o da permeabilidade, indican- 
do umfechamento das fraturas (wlmata- 
sem). 
A MZ%O diminui para uma mesma pressão no 
estágio de descarregamento. 
ugeon definiu uma unidade para medir a absorção da água pelas rochas. 
lugeon - absorção de 1 (um) litro de água por minuto por metro de perfuração, quando a 
pressão assume o valor de I O kgf/cm2. 
'ormações com absorção de I lugeon é considerada impermeável. 
I 8 Solução da equação de Laplace 
Traçado das redes de fluxo 
Percolação nos maciços aas barragens de terra 
8 Aplicações da rede de fluxo 
8 Apêndice 
1 PERCOLAÇÃO EM MACIÇOS TERROSOS 1 
' No Curso de Mecânica dos Solos, quando se abordou o assunto da permeabilidade, foram 
b 
s considerados casos simples de eswamento da água nos solos em que a aplicação direta 
b da Lei de Darcy era suficiente para calcular-se a descarga através da massa de solo, o 
gradiente hidráulico, a força de percolação,etc. 
Entretanto, há situações em que a perwlaçáo da água não se dá em uma única direção, 
nem é uniforme em toda a área perpendicular ao eswamento. 
5 
@ São exemplo dessas situações: 
- 
e3 
lg ENSECADEIRA BARRAGEM DE TERRA 
e Permitem a escavação abaixo do nível A agua retida pela barragem perwla através 
d'água. Deverá ser efetuado um bombea- do maciço terroso e pode surgir no talude dee) 
nento para manter-se o NA no fundo, jusante, se não for interceptada por um filtro. 
)aias a agua percola através do terreno, 
entand o restabelecer o nível externo. 
ti 
b 
g OBRAS DE TERRA PERCOLAÇAO - 2 
b 
1 I REDE DE PERCOLAÇÁO I 
b 
b Para a solução dos problemas da percolação plana, recorre-se aos gráficos denominados 
C redes de percolação, decorrentes da solução da equagio de continuidade de Laplace. 
B 
MN e PQ - linhas de fluxo 
MP e NQ - linhas equipotenciais 
TEOREMA DE BERNOULLI I LEI DE DARCY 
Estabelece a expressão da energia da água, Estabelece a expressão da velocidade de 
por unidade de peso. percolação, ou seja, o volume escoado na 
unidade de tempo, na unidade da seçáo. 
L%= perda total de energia, por unidade 
de peso do líquido, numa distância L. 
UP 0s pontos P e M possuem a mesma carga total h, = h, e portanto Z, + = Z p + - 
.Y, Y, 
1s níveis da água nos piezômetros, inseridos nos pontos M e P, definem uma reta paralela 
io nível de referência, representativa da carga total. 
1s pontos N e Q também possuem idênticas cargas totais hN = hQ , inferiores a h, = h,, 
)ais a água perde energia ao percorrer MN e PQ. 
LINHAS DE FLUXO 
São curvas onde as tangentes, em cada 
ponto, coincidem com a direção dos vetores 
de i;. As linhas de fluxo representam o 
iminho percorrido pela água. 
MN e PQ são LINHAS DE FLUXO 
LINHAS EQUIPOTENCIAIS 
Lugar geométricodos pontos de mesma 
carga total. 
MP e NQ são LINHAS EQUIPOTENCIAIS 
Marcos Paulo
Text Box
linhas de fluxo
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Text Box
linhas equipotenciais
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
Marcos Paulo
Line
"SRAS DE TERRA PERCOLAÇÃO-3 
3 conjunto de linhas de fluxo e equipotenciais, representando o escoamento num maciço 
de solo, denominamos REDE DE FLUXO. 
linhas de fluxo 
s equipotenciais 
equipotencial , 
B 
B O A água tende a seguir o caminho mais curto entre dois pontos 
9 
O As partículas de água descrevem curvas suaves quando precisam mudar de direção. 
b 
8 
I As linhas de fluxo são curvas, aproximadamente paralelas, que se estendem dos pontos 
de maior carga total para os de menor carga. Em muitos casos, as curvas são 
segmentos de elipses e de parábolas. 
CARACTER~STICAS DAS REDES DE FLUXO 
I As curvas equipotenciais cortam as linhas de fluxo em ângulo reto. 
B 
A água move-se de níveis mais altos de energia para os mais 
baixos, utilizando caminhos em que o gradiente de energia é o 
máximo 
. Ah 
I=- é o máximo, logo I é o menor possível e as duas linhas são 
I 
ortogonais 
Marcos Paulo
Text Box
Concentração de linhas de fluxo:null- Aumento da velocidade de percolação
Marcos Paulo
Text Box
Concetração de equipotenciais:null- Aumento do gradiente hidráulico
OBRAS DE TERRA PERCOLAÇÃO-4 
Nos problemas em que as linhas de fluxo são curvilíneas, a lei de Darcy não pode ser 
aplicada diretamente porque o gradiente hidráulico é desconhecido. 
E necessário estabelecer uma equação diferencial, cuja solução fomeça a distribuição da 
carga hidráulica do regime de percolação e, em consquência, o gradiente hidráulico. 
O elemento de solo está referido a um sistema de eixos x y z e através dele ocorre um 
escoamento em regime permanente e laminar. 
avz VZ+ - dz HIP~TESES FUNDAMENTAIS 
4 a= 
1 / Examina-se a entrada e a saida do volume de água em cada uma das direções, 
separadamente, e portanto são empregadas derivadas parciais representando o 
gradiente de variação em cada direção. 
Regime permanente 
iação de volume é nula logo C AV = O - + + L - av, h, h 
- o 
ax ay az 
dz Solo saturado 
A água e as partículas sólidas 
, vx+dvxdx 
ax incompressíveis 
. VY /T 
A vari 
VARIAÇOES DE VOLUME FACE DE ENTRADA 
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 
V X . . . - . + 
FACE SAIDA 
O fluxo não modifica a estrutura do solo 
.A 
vx, vy, vz são componentes da 
>, 
i 
.. . . . . . . . . . . . .. . . . . . 
V ~ + ~ V Y dy ãv 
vz velocidade de percolação 
J , .... 
. - . 
+dx -- 
OBRAS DE TERRA PERCOLAÇÃO-5 
b Pela lei de Darcy 
a 
a 
B 
I equação da continuidade assume o aspecto: 
Para fluxo bidimensional a'h a'h k,-+ky-- - 0 
3x2 a', 
'ara fluxo bidimensional e solo isótropo (kx = ky) tem-se a equação de Laplace 
e) 
B -3 SOLUÇÃO DA EQUAÇAO DE LAPLACE PARA UM CASO SIMPLES -3 Escoamento Unidimensional 
1 EQUAÇAO DE LAPLACE 1 
a'h 
- 0 Escoamento linear - - 
ax2 
a'h d2h 
-+-=o 
3x2 3 ~ 2 
!!3 
9 
Integrando-se h = C1 x+C2 
r A equação de Laplace descreve, matematicamente, não 
só o fluxo de agua através dos solos, mas também de 
outros fenômenos físicos. 
Representa uma situação particular de solo isótropo em 
relação a pemeabilidade e fluxo bidimensional. 
C1 e C2 são constantes de integração que 
dependem das condições limites 
h diminui, uniformemente, de H em x =O até h=O quando x=L 
como v dh 1 dx 3 v = constante 
Ponto I x I h I 
entrada 
saida 
H 
O 
A 
B 
O 
L 
Marcos Paulo
Text Box
2
Marcos Paulo
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2
Marcos Paulo
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2
8 OBRAS DE TERRA PERCOLAÇÃO - 6 
B 
k 
6 1 SOLUÇÃO DA EQUAÇÃO DE LAPLACE ll 
b 
O d2h d2h A equação de Laplace descreve o gradiente de variação da carga 
B total (h) com x e y, no interior de um meio poroso. 
9 
Nos problemas bidimensionais de percolação, a solução da equação de Laplace compõe-se 
de duas funções: 
4 (x, y ) -função potencial IJJ ( x, y ) -função de fluxo 
definidas por: 
1 
a*+ d24 a2w d Z y Se as funções d, e sáo as soluções procuradas - +- = Oe- +-=o 
a2 LS2 iikZ LS2 
e:* FUNÇÃO POTENCIAL 
FUNÇÃO DE FLUXO 
As funções d, (x, y) e v (x, y) são ortogonais pois 
g d @ = v x d x + v y d y = O 
d v = - v y d x + v X d y = O 
L ($)d.(s] v = -1 
g OBRASDETERRA PERCOLAÇÃO - 7 
A integração das funções 4 (x, y ) e 
(x, y ) conduz a duas famílias de 
curvas, a cada uma das quais 
correspondem valores 4,,4,,4,, ..... 
4 (x.Y) =kh (x,~) + C 
, 
v1 
. - 4 = constante h = constante 
- - i _ _ e - Curvas em que 4 e h são constantes 
X 
em todos os pontos sao linhas 
equipotenciais 
0 
a - FUNÇÃO DE FLUXO 
4 
'3 
& acv dy=-dx+-dy Curvas em que o coeficiente angular da 
bx aU tangente em cada ponto é igual ao do 
9 dv=-vy.dx+ v d y vetor velocidade de percolação são linhas 
se yl= constante dv=O de fluxo. 
dy 
-=- 
dx v, 
INTERPRETAÇÃO F~SICA DA REDE DE FLUXO 1 
diferença entre dois valores individuais da 
ição de fluxo, corresponde a descarga 
ssando entre as duas linhas de fluxo 
rrespondentes Aq = y, - y, 
n qualqu 
paçamer 
A descarga entre duas linhas de fluxo ou canal 
de fluxo é constante em toda a extensão do 
canal. 
I traçar-se uma rede de fluxo é conveniente 
otar-se A+=Aq constante para cada par de 
rvas consecutivas. 
As redes devem ser constituidas de quadrados 
curvilineos, isto é, Ay=A+. 
er ponto da rede, a diminuição do 
tto entre as linhas de fluxo repre- 
nta uma concentra@o do escoamento; as 
'scargas entre as linhas de fluxo sendo 
nstantes, as velocidades de percolação são 
[ersamente proporcionais ao espaçamento 
IS CUNaS. 
O gradiente hidráulico é inversamente propor- 
cional ao espaçamento entre duas equipo- 
tenciais consecutivas. A concentraeo das 
linhas equipotenciais pode representar uma 
regiáo de gradientes críticos. 
Ias linhas de fluxo ou duas equipotenciais não podem cortar-se; não haveria área para 
o da água ou um ponto teria duas cargas hidráulicas diferentes. 
Marcos Paulo
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Marcos