EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO

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EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO 7.1 INTRODUÇÃO
Qualquer obra de engenharia civil, por mais simples que seja, só pode ser convenientemente projetada depois de um adequado conhecimento do terreno (subsolo) no local em que vai ser implantada. No caso de obras nas quais os solos ou rochas são utilizados como materiais de construção, como nas barragens, aterros, etc, torna-se também necessário conhecer o subsolo das áreas que servirão de jazidas ou empréstimos para estas obras.
O planejamento para uma exploração do subsolo visando obter informações e características de um terreno deverá ser função de alguns importantes fatores que serão comentados mais adiante.
O conhecimento adequado das condições do subsolo do local onde deverá ser executado a obra, é fator essencial para que o engenheiro de projeto possa desenvolver alternativas que levem a soluções tecnicamente seguras e economicamente viáveis. O conhecimento das condições do subsolo deve vir de um planejado programa de investigação de forma a prover de dados, tanto o projetista quanto o construtor, no momento que deles necessitarem.
Um programa de investigação deve levar em consideração a importância e o tipo da obra, bem como a natureza do subsolo. Assim, a construção de um metro de uma barragem necessita de um conhecimento mais minucioso do subsolo do que aquele necessário a construção de uma residência térrea. Solos que apresentam características peculiares de comportamento, como colapso, alta compressibilidade, elevada sensibilidade, e outras exigem cuidados e técnicas diferentes das utilizadas em solos com comportamento típico.
Um programa de investigação deve fornecer várias informações do subsolo, dentre as mais importantes pode-se considerar:
• Espessura e dimensões em planta de cada camada para a profundidade de interesse do projeto, além da caracterização de cada camada através de observações locais ou de resultados de laboratório.
• Profundidade do topo da camada rochosa ou do material impenetrável ao amostrador. No caso da rocha, o tipo e suas condições geológicas.
• Existência de água com a respectiva posição do nível d’água no período da investigação e, se possível, sua variação durante o ano. Se for o caso indicar a existência de pressões artesianas.
• As propriedades do solo ou da rocha, tais como, permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento. Nem sempre os projetos necessitarão de todas estas informações, enquanto que para certos projetos específicos, alguns dados não relacionados acima poderão ser necessários.
7.2 TIPOS DE OBRAS E SEUS PROBLEMAS ESPECÍFICOS
Para fins de investigação do subsolo, as obras ou estruturas podem ser divididas em três categorias:
• Estruturas para as quais o problema básico é a interação com o solo adjacente. Como exemplo podemos citar os muros de contenção, estacas pranchas, túneis e condutos enterrados. Nestes casos o principal interesse é o conhecimento das características carga-deflexão da superfície de contato.
• Estruturas como aterros rodoviários ou ferroviários, barragens de terra, enrocamento, bases e sub-bases de pavimentos como também maciços suportados pelos muros de arrimo, onde além de se levar em conta a interação solo-estrutura, torna-se necessário conhecer as propriedades dos materiais usados na construção de modo que se possa prever o comportamento da própria estrutura.
• Estruturas naturais de solo ou rocha, tais como as encostas naturais e os taludes de cortes. Nesses casos é imprescindível o conhecimento das propriedades dos materiais quando submetidos às mais diversas condições.
7.3 CONDIÇÕES GEOLÓGICAS DO LOCAL
O conhecimento prévio da geologia local é de suma importância em qualquer investigação geotécnica o conhecimento prévio da geologia local.
As informações obtidas a partir de mapas geológicos, fotografias aéreas ou de satélites e ainda reconhecimento expedito no campo, poderão indicar em termos gerais, a natureza dos solos, os tipos de rocha, suas propriedades de engenharia mais significativas e as condições do lençol d’água.
O estudo da geologia local não é importante apenas para indicar a possibilidade de ocorrências que poderão trazer problemas futuros à obra, devido por exemplo àqueles provocados por horizontes de solos moles, depósitos de talus ou presença de matacões, como também é muito útil na interpretação dos resultados obtidos nas investigações.
7.4 CARACTERÍSTICAS DO LOCAL
As condições físicas da área a investigar são decisivas na escolha de um programa de investigação. Alguns serviços levados à efeito facilmente em terreno firme tornam-se impossíveis ou extremamente onerosos se previstos para serem realizados com a ocorrência d’água.
7.5 OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO
As informações básicas necessárias para um programa de investigação do subsolo são: a) Determinação da extensão (ou área em planta), profundidade e espessura de cada horizonte (camada) de solo, além de uma descrição do solo, deve incluir a compacidade se for solo granular e o estado de consistência se o mesmo for coesivo. b) A profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre extensão (ou área em planta), profundidade e espessura de cada extrato rochoso, mergulho e direção das camadas, espaçamento de juntas, planos de acamamento, presença de falhas e o estado de alteração e decomposição. c) Informações sobre a ocorrência de água no subsolo: profundidade do lençol freático e suas variações e lençóis artesianos (caso exista). d) Coleta de amostras indeformadas que possibilitem quantificar as propriedades mecânicas do solo com que trata a Engenharia: compressibilidade, permeabilidade e resistência ao cisalhamento.
NOTA: Em muitos casos nem todas as informações acima são necessárias, e em outros seriam suficientes valores estimativos.
Em se tratando de fundações de estruturas convencionais já está celebrizado que elas devem satisfazer três requisitos básicos:
• A carga de trabalho deve ser adequadamente menor que a capacidade de suporte do solo, de modo a assegurar à fundação um determinado fator de segurança;
• Os recalques total e diferencial devem ser suficientemente pequenos e compatíveis com a estrutura para que a mesma não venha a sofrer danos causados pelos movimentos das fundações.
• Os efeitos da estrutura e da sua construção nas obras vizinhas devem ser avaliados e as necessárias medidas de proteção devem ser levadas a efeito. Dependendo da natureza do terreno investigado, muitos casos são resolvidos apenas com as informações referidas na seção 3.1 através das sondagens de reconhecimento que fornecem as correlações entre as indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos e suas cargas admissíveis.
Visando uma racionalização do projeto e, conseqüentemente da execução da obra é desejável que as condições do subsolo que afetarão a construção sejam também analisadas. Pode-se aqui citar a necessidade de escoramento de escavações e o rebaixamento do lençol d’água subterrâneo.
Há ainda que ser considerado que as propriedades químicas do solo e da água do terreno devem ser freqüentemente determinadas para avaliar principalmente o risco de corrosão de obras de concreto (fundações profundas) e de peças metálicas tais como tubulações de ferro.
É muito bem conhecido que alguns sais solúveis atacam de várias maneiras as estruturas de engenharia com as quais mantém contato. Os sais em questão são usualmente os sulfatos, principalmente os de sódio, magnésio e cálcio. Os sulfatos de sódio e magnésio são mais solúveis que os sais de cálcio sendo, portanto potencialmente mais perigosos. Dessa forma, determina-se através de ensaio quantitativo a proporção de sulfatos no solo e também da acidez ou alcalinidade (valor de pH) da água do solo ou simplesmente pH do solo.
7.6 ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO
Um programa de investigação deverá ser executado em etapas de tal forma que, de posse dos dados obtidos em uma fase a sua interpretação e utilização no projeto possam detectar novas necessidades e assim permitir elaborar um programapara a fase seguinte. Portanto, um programa de investigação poderá abranger as fases de reconhecimento, prospecção e acompanhamento. Embora uma obra nem sempre necessite de todas estas fases de investigação. A Tabela 1 (Anexo 1) resume os processos utilizados em cada uma das fases de investigação e que serão descritos nos itens seguintes.
7.6.1 RECONHECIMENTO
São determinadas as naturezas das formações locais, as características do subsolo para definir as áreas mais adequadas para as construções. Deve prover de informações necessárias ao desenvolvimento dos estudos iniciais da obra e também permitir que seja definida uma programação para a fase seguinte. Esta fase de investigação não será necessária para obras que se localizam em uma área limitada, sendo muito útil em obras que ocupam áreas maiores, como barragens e estradas.
O trabalho é desenvolvido principalmente no escritório com consulta a documentos existentes, tais como, mapas geológicos, aerofotos, trabalhos já executados no local para fins diversos, coleta de dados com moradores da região e qualquer outra fonte que possa melhorar o conhecimento do local. Se necessário, um geólogo ou engenheiro de solos deverá percorrer a região, realizando uma vistoria na região.
O conjunto de informações obtidas deve ser suficiente para o planejamento e execução do programa de trabalho para a fase seguinte.
7.6.2 PROSPECÇÃO
A prospecção é a fase da investigação que fornecerá características do subsolo de acordo com as necessidades do projeto ou do estágio em que a obra se encontra. Dessa forma, a prospecção poderá ser subdividida em preliminar, complementar ou localizada.
A prospecção preliminar deverá fornecer dados suficientes para permitir a localização das estruturas principais do projeto com a estimativa de seus custos, bem como definir a viabilidade técnica-econômica da obra. A espessura e dimensões em planta das camadas que serão exigidas pela construção, deverão ser estudadas com os detalhes devidos. A possível área de empréstimo deverá ser investigada e o volume determinado para cada uma delas. A retirada de amostras do terreno de fundação das estruturas e das áreas de empréstimo para ensaios de laboratório, será necessária para a determinação das propriedades e comportamento dos solos. Não havendo disponibilidade de mapas geológicos da região, deverão ser realizados trabalhos de mapeamento do local com traçado de seções nas direções principais do projeto. A dimensão do programa nesta fase dependerá da natureza do projeto e do solo e deve ser suficientemente flexível para permitir ajustes que levem ao melhor projeto.
A prospecção complementar deverá preencher as lacunas deixadas pelo programa anterior, realizando investigações adicionais. Durante a prospecção preliminar, possivelmente alguns aspectos particulares do subsolo tenham sido despercebidos em alguns pontos. Neste caso haverá a necessidade de se executar uma exploração detalhada nestes locais através da retirada de amostras de grande diâmetro, ensaios in situ e abertura de poços ou túneis. As informações obtidas até esse momento não são suficientes para à preparação do edital de concorrência e na elaboração e especificação de construção.
A prospecção localizada deverá ser realizada sempre que uma particular estrutura não pode ser adequadamente projetada ou o comportamento do solo não pode ser adequadamente avaliada com as informações obtidas anteriormente.
A seguir serão descritos os processos utilizados na fase de prospecção, detalhando-se aqueles mais usados no Brasil (Ver Tabela 1 – Anexo 1).
7.6.2.1 ANTEPROJETO
Realizados nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções para as obras e se for o caso o dimensionamento das fundações.
7.6.2.2 PROJETO EXECUTIVO
Tem por finalidade complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a resolução de problemas específicos do projeto de execução. Deve ser realizado sempre que surgem problemas não previstos nas etapas anteriores. Dependendo do vulto da obra e de suas peculiaridades, algumas das etapas assinaladas podem ser dispensadas.
NOTAS: 1.Tanto a escolha do método e da técnica como a amplitude das investigações devem ser funções das dimensões (cargas) e finalidades da obra. das características do terreno, inclusive dos dados disponíveis de investigações anteriores e da observação do comportamento de estruturas próximas. 2) Sem dúvida, para um estudo prévio, os mapas geológicos fornecem muitas vezes indicações úteis sobre a natureza dos terrenos.3) Da mesma forma, o conhecimento do comportamento de estruturas próximas existentes, em condições semelhantes à que se pretende projetar, no que diz respeito à pressão admissível do terreno, tipo de fundação e características da estrutura propicia valiosos subsídios.
7.6.3 ACOMPANHAMENTO
A fase de acompanhamento de uma investigação do subsolo começa durante a construção e continua após o termino da obra com a finalidade de se avaliar as hipóteses do projeto e fazer comparações entre o comportamento previsto e o apresentado pelo solo. Este acompanhamento é realizado através de instrumentos instalados antes e durante a construção para a medida da posição do nível d’água da pressão neutra, tensão total, recalque, deslocamento, vazão e outros itens que possam vir a interessar. Esta parte da mecânica dos solos, que vai desde o desenvolvimento dos instrumentos até a medida dos valores, constitui uma parte muito importante, denominada de instrumentação. Para um maior conhecimento deste assunto sugere-se a leitura, entre outros, dos trabalhos de (Hanna, 1972; Hvorslev, 1949; Lindquist, 1963). Neste último trabalho, o autor descreve com clareza e precisão alguns pontos importantes da instrumentação, tais como, seu valor e suas limitações, classificação e descrição dos instrumentos de medidas baseando-se na experiência da CESP (Cia Energética de São Paulo) e terminando por apresentar sugestões que facilitarão a vida de um iniciante da área.
7.7 CUSTO DE UMA INVESTIGAÇÃO
A investigação desejável é aquela que fornece os elementos necessários no prazo previsto e com custo compatível com o valor da informação. Pode-se estimar, empiricamente, o custo das investigações do subsolo entre 0,5% e 1% do custo da construção da obre. A porcentagem mais baixa refere-se aos grandes projetos e projetos sem "condições críticas de execução". A porcentagem mais alta diz respeito aos projetos menores ou com "condições críticas de execução". No entanto, sem um conhecimento prévio do subsolo não é possível nem mesmo escolher o tipo de fundação para uma obra. Na maioria dos casos nem é mesmo conveniente comprar um terreno sem que se tenha idéia da natureza do subsolo e se o mesmo conduz a uma solução econômica para o que se pretende construir. A importância desses estudos é de tal forma evidente que já se comparou o engenheiro que o omitisse com um cirurgião que operasse sem um prévio diagnóstico ou com um advogado que defendesse uma causa sem um prévio entendimento com seu cliente. Assim, pode-se dizer que a importância de uma investigação pode ser medida pelo custo na construção se a investigação não tivesse sido feita.
Quando um projetista trabalha com informações insuficientes ou inadequadas tem forçosamente que compensar essa deficiência com um super dimensionamento. Quando um empreiteiro recebe informações incompletas certamente ele aumenta seu orçamento visando "cobrir" possíveis imprevistos, tais como alteração de projeto ou do método construtivo. Assim, conclui-se que o custo de informações incompletas (inadequadas) é maior que o custo da correta investigação.
7.8 RISCOS NAS INVESTIGAÇÕES
Quando se trata de uma estrutura de aço ou de concreto, por exemplo, os projetistas podem especificar as características desses materiais e controlar com uma certa facilidade se os materiais fornecidos ou fabricados na obra atendem às especificações. No caso de solo e rochas, torna-se difícil um controle rígido de qualidade.
Importantes informações podem estar escondidas pelascamadas superficiais ou ainda por espessas vegetações e ainda há que se considerar que o fabricante não pode ser chamado para dar explicações de uma certa especificação ou garantir um certo padrão de qualidade. Portanto avaliar o subsolo é muito difícil e há uma margem de insegurança muito maior do que quando do estabelecimento das propriedades de qualquer outro material de construção.
Haverá, assim, sempre algum risco pelo surgimento de condições desconhecidas; risco este que nunca será totalmente eliminado, mas que deve ser minimizado por um programa de investigação bem planejado, especificado e executado cuidadosamente. Para tanto, impõe-se uma fiscalização rigorosa para garantir que a finalidade das investigações está sendo adequadamente interpretada e cumprida, e que os objetivos estão sendo alcançados. É necessário um acompanhamento a cada passo para que possam ser procedidas eventuais modificações no programa de exploração à medida que as condições do subsolo sejam determinadas.
O executante (firma) das sondagens deve manter estreita ligação com os projetistas de modo que as decisões de engenharia possam ser feitas sem que haja descontinuidade na elaboração dos projetos.
Por menor que seja o porte do serviço, é extremamente importante que o mesmo seja acompanhado por um técnico conhecedor do assunto.
O operador, mesmo que experimentado no uso do equipamento e métodos de perfuração, trabalha de forma mais efetiva quando adequadamente instruído sobre o que ele deve obter. Portanto, é importante a decisão do engenheiro e não se deve esperar do operador sobre quais informações deve dar, que procedimento seguir até o encerramento de uma sondagem.
NOTA: NBR 6497 de MAR/1983 - Levantamento geotécnico - Procedimento NBR 6044 de JUN/1983 - Projeto geotécnico - Procedimento
7.9 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS
Sendo a prospecção geotécnica um conjunto de operações destinadas a determinar a natureza, disposição, conformação e outras características de um terreno em que se vai realizar uma obra, os seus métodos classificam-se em: indiretos, semidiretos e diretos.
7.9.1 MÉTODOS INDIRETOS
São aqueles em que as determinações das propriedades das camadas do subsolo são feitas indiretamente pela medida da resistividade elétrica ou da velocidade de propagação de ondas elásticas (ondas sonoras). Os índices medidos mantêm correlações com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se ainda determinar suas respectivas profundidades e espessuras e ainda o nível d’água. Incluem-se nessa categoria os métodos geofísicos.
Os processos indiretos apresentam a vantagem de serem rápidos e econômicos, principalmente em obras de grande porte ou de grande comprimento linear. Além disso, fornecem informações numa zona mais ampla e não apenas em torno de um furo como na maioria dos processos diretos. Contudo, a interpretação destas informações exige, quase sempre, que se leve a efeito as prospecções diretas. Em geral estes processos detectam singularidades do terreno (presença de grandes blocos de rocha ou cavidades subterrâneas) o que é especialmente importante no estudo preliminar do projeto de grandes obras (aterros, pontes, barragens, etc). O seu emprego pode reduzir a execução de outros ensaios, facilitando, por exemplo, no planejamento e localização de furos de sondagens, conduzindo a uma redução do custo de uma investigação assim como nos estudos principalmente quando se trata de áreas muito extensas (estradas) a serem exploradas. No Brasil as utilizações dos métodos indiretos na prospecção encontram-se em franco desenvolvimento.
Toda vez que uma grande área tiver que ser investigada sem necessidade de detalhamento das condições do subsolo, os processos geofísicos são os mais indicados devido a rapidez de execução e baixo custo. Nestes processos não são retiradas amostras nem fornecem indicações quanto aos tipos de solos abrangidos pelos ensaios. São, em geral, satisfatórios quando se pretende determinar a profundidade da camada rochosa ou localizar irregularidades no subsolo criadas por materiais em contacto de características bem diferentes e só poderiam ser detectadas por outros processos de prospecção a um custo muito maior.
A existência e localização do nível d’água podem também ser detectada, embora as condições locais possam prejudicar a interpretação dos resultados e levar a valores diferentes dos reais.
Entre os processos geofísicos existentes os mais usados na prospecção do subsolo na engenharia civil são o ensaio de resistividade elétrica e o ensaio sísmico. O primeiro mede a resistividade elétrica que um material apresenta à passagem de uma corrente elétrica. As diferenças na resistividade indicam condições diferentes do subsolo, lembrando que, quanto mais densa e menor teor de umidade a camada apresentar mais alto será o valor da resistividade. O ensaio sísmico é baseado no princípio de que a velocidade de propagação de uma onda é maior em um meio mais denso. A sua aplicação a camadas pouco profundas é relativamente recente, mas já era utilizado há muito tempo na exploração de petróleo.
A utilização dos processos indiretos na investigação do subsolo requer uma mão de obra qualificada e pessoal de muita experiência na interpretação dos resultados (Acker I, 1974; Mineiro, 1976).
7.9.2 MÉTODOS SEMIDIRETOS
São processos que fornecem informações sobre as características do terreno sem contudo possibilitarem a coleta de amostras. Os valores obtidos através de correlações indiretas possibilitam obter informações sobre a natureza dos solos.
Os métodos ou processos semidiretos foram desenvolvidos por causa de dificuldade na execução de amostragem em alguns tipos de solos, como areias puras ou submersas, e argilas sensíveis de consistência muito mole. Assim, os processos semidiretos, que são ensaios executados in situ, têm a vantagem teórica de minimizarem as perturbações causadas pela variação do estado de tensões e distorções inevitáveis provocadas durante o processo de amostragem além de evitar choques e vibrações decorrentes do transporte e subseqüente manuseio das amostras. Além disso, o efeito da configuração geológica do terreno está presente nos ensaios in situ de modo que eles permitem uma medida mais realística das propriedades físicas de uma formação. Os ensaios mais utilizados no Brasil serão apresentados a seguir.
7.9.2.1 ENSAIO DE PALHETA
O ensaio de palheta também conhecido por Vane
Test foi introduzido na Suécia com o objetivo de medir a resistência ao cisalhamento não drenado de solos coesivos moles saturados. O equipamento utilizado no ensaio e desenvolvido pelo U.S. Bureau of Reclamation, está mostrado na Figura 2, sendo suas partes principais, a palheta colocada na extremidade inferior das hastes e uma mesa, situada na boca do furo, contendo um dispositivo de
aplicação do momento de torção e acessórios para medida do momento e das deformações.
O diâmetro e a altura da palheta devem manter uma relação constante de 1:2, existindo diversos modelos, conforme mostrado na Tabela 5, que deverão ser usadas com os tubos de revestimento mostrados na mesma tabela. Solos mais moles requerem palhetas maiores conforme normalizado (ASTM-D 2573-76).
Para a instalação da palheta na cota de ensaio, deve ser aberto um furo por um processo qualquer, devendo-se tomar o devido cuidado para não amolgar o solo a ser ensaiado. Com a palheta na posição do ensaio deve-se girar a manivela as velocidades constantes, fazendo-se medidas da deformação do anel dinamométrico a intervalos de tempo até atingir o momento máximo. Em seguida, deve--se girar a manivela, rapidamente, com um mínimo de 10 revoluções para se garantir o amolgamento da argila e, logo em seguida realizar novo ensaio para se medir a resistência da argila amolgada e com isto calcula-se a sensibilidade da argila.
REVESTIMENTO d (m) H (m)
C x 103 m-3
AX BX NX 102 m
4,972 2,057 1,091 0,350
Durante a rotação da palheta será desenvolvida uma resistência ao cisalhamento ao longo da superfície lateral, base e topo do cilindro. No instanteda ruptura, pode-se admitir que o momento resistente será igual ao momento de torção aplicado, e com isto calcular a resistência não drenada da argila representada pela coesão. O momento aplicado é igual a soma dos momentos desenvolvidos nas superfícies lateral, topo e base do cilindro.
	Mo = Mol + 2 Mob
	(4)
onde Mol, momento ao longo da superfície lateral é igual a
e Mob momento desenvolvido ao longo do topo e base.
Substituindo (5) e (6) em (4) e tornando-se H = 2 d , tem-se o valor da coesão da argila.
Na Tabela 5, em sua ultima coluna estão mostrados os valores da constante 376dCπ= para palhetas com diversos diâmetros e medidos em metros; medindo-se Mo em N⋅m o valor da coesão será em kPa.
Diversos fatores, dentre os quais a velocidade de rotação e a heterogeneidade da camada de argila, podem influenciar no resultado do ensaio. As hipóteses de superfície cilíndrica de ruptura e distribuição uniforme das tensões levam ao cálculo de valores distantes aos dos reais.
NBR 10905 de OUT/1989 - Solo - Ensaio de palheta in situ - Método de Ensaio. 7.9.2.2 ENSAIO DE PENETRAÇÃO ESTÁTICA DE CONE (CPT)
Desenvolvido na Holanda e muito utilizado nas Américas, este ensaio é também conhecido por DEEP-SOUNDING ou DEEPSOUNDERING ou ainda CONE PENETRATION TEST (CPT). É usado para complementar informações já obtidas em outras investigações já realizadas, principalmente para projetos de fundações profundas. Os dados obtidos no ensaio, quando usados em correlações, fornecem boas indicações das propriedades do solo como: ângulo de atrito interno e compacidade de areias, coesão e consistência das argilas, compressibilidade e resistência ao cisalhamento. Tais dados são facilmente utilizáveis no dimensionamento de estacas cravadas.
NBR 12069 de JUN/1991 - Solo - Ensaio de Penetração de Cone in situ - (CPT) - Método de Ensaio.
7.9.2.2.1 PENETRÔMETROS
Os penetrômetros são ferramentas utilizadas na obtenção de resistências as penetrações do solo devido a uma energia de cravação dinâmica ou estática. Por isto são geralmente denominados de penetrômetros dinâmicos ou estáticos. Por serem de ponta fechada não retiram amostra do solo durante o processo de cravação.
Os penetrômetros dinâmicos são cravados no solo, com a energia gerada pela queda livre de um martelo, conforme mostrado na Figura 16, e de acordo com a energia de cravação podem ser classificados em, leves, médios e pesados. A cravação deve ser realizada a uma velocidade constante de 30 golpes por minuto, sem interrupções. A resistência à penetração definida como o número de golpes necessários a cravação de 25 cm no solo poderá ser transformada em unidades de pressão através da "formula dos Holandeses", (Sanglerat, 1972):
() phm d AMM HMNR += 2 onde: Rd = resistência à penetração, em unidades de pressão Mm = massa do martelo
Mh = massa total das hastes H = altura de queda do martelo
Ap = área da ponta do penetrômetro N25 = número de golpes necessários a cravação de 25 cm
O resultado de um ensaio é apresentado em gráfico com as cotas em ordenadas e o número de golpes (N25) ou a resistência a penetração (Rd) em abscissas. O baixo custo e a rapidez de execução do ensaio são fatores de sua utilização na prospecção de grandes áreas, enquanto a não obtenção de amostras é um dos inconvenientes do ensaio (pouco usado no Brasil). Alguns problemas de interpretação do resultado do ensaio devido a fatores ligados ao solo e ao aparecimento de atrito lateral são comentados em (Schultze, 1957).
Para a medida da resistência as penetrações estáticas do solo são utilizadas dois tipos de penetrômetros, os de ponta fixa e os de ponta móvel.
O penetrômetro de ponta fixa não tendo movimento com relação às hastes medirá a resistência total do solo não se podendo separar as resistências de ponta e de atrito lateral. Como exemplo, tem-se o desenvolvido por Terzaghi, em 1929, para estudar o comportamento de uma camada de areia (Figura 17). A pressão necessária à cravação do penetrômetro de um comprimento igual a 25 cm será lida em um manômetro situado na superfície do terreno. Após a realização do ensaio é injetada água sob pressão pelo interior das hastes e com isso tornando mais fácil à descida do revestimento de um comprimento igual ao ensaiado. A circulação de água conforme mostrado na Figura provoca a limpeza do furo e possibilitando o ensaio em um novo trecho (Terzaghi-Peck, 1967).
O penetrômetro de ponta móvel difere do anterior, pela possibilidade de se medir separadamente as resistências de ponta e total e por diferença a de atrito lateral desenvolvida ao longo de um comprimento especificado. Este penetrômetro foi desenvolvido pelo Laboratório de Mecânica dos Solos de Delft, Holanda e o ensaio realizado se tornou conhecido como Ensaio de Penetração Continua (EPC) ou Cone
Penetration Test (CPT), (Begeman, 1953), sendo o mais usado no Brasil, podendo-se encontrar mais detalhes do penetrômetro mostrado na Figura 18, em (Begeman, 1953 e 1965; Sanglerat,1972).
As medidas das resistências de ponta e total são feitas da seguinte forma; com o penetrômetro na cota de ensaio, a sua ponta é cravada no solo através de uma haste interna que é forçada por um sistema hidráulico na superfície, sendo medida a força necessária a esta cravação (l para 2, na Figura 18). Devido a um sistema próprio do equipamento, a camisa e a ponta são cravadas, medindo-se a força usada para a obtenção da resistência total, ou seja a de ponta mais atrito lateral ao longo da superfície de 13 cm de altura (2 para 3, na Figura 18). O passo seguinte será a colocação do penetrômetro em nova posição de ensaio, geralmente realizado a cada 20cm. Para isto, pressionam-se as hastes externas podendo nesta fase medir a resistência total do conjunto (ponta mais atrito lateral ao longo do comprimento das hastes).
Os resultados de um ensaio são apresentados como mostrados na Figura 19 (Anexo 3), onde também aparecem os resultados obtidos em uma sondagem de simples reconhecimento.
Uma análise ampla do ensaio e dos resultados obtidos foi feita por Schmertmann (1976). Neste trabalho está indicado o conhecimento necessário à interpretação do ensaio tendo em vista a identificação dos solos, a uniformidade e continuidade das camadas, permeabilidade e resistência ao cisalhamento dos materiais encontrados, ao controle da compactação e ao projeto de fundações em sapatas e estacas pelos critérios de capacidade de carga e de recalques. Faz uma análise das vantagens do ensaio, como rapidez, economia, informações quase pontuais e também das desvantagens, como não obtenção de amostras para inspeção visual, a não penetração em camadas muito densas, a presença de pedregulhos pode tornar os resultados extremamente variáveis e de difícil interpretação, enquanto a presença de matacões pode interromper a penetração para dar á ilusão de se ter atingido rocha.
O ensaio de penetração estática não foi ainda normalizado pela ABNT, podendo-se usar a norma americana ASTM-D 3441.
Existem outros tipos de penetrômetros, tanto de ponta fixa como móvel e que poderão ser encontrados em Sanglerat (1972), Esopt (1974).
7.9.2.3 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
O princípio do pressiômetro foi idealizado por Köegler e Scheidig em 1930. A utilização do pressiômetro na determinação in situ das características de resistência e de compressibilidade do solo foi aperfeiçoada a partir do trabalho de Ménard (1957) e da criação do Centro de Estudos Ménard (CEM), na França. Diferentes tipos de pressiômetros foram desenvolvidos neste Centro, cada um com características específicas para permitir utilização em solos moles até mesmo em rocha (Baguelin et alli, 1976).
O aparelho é constituído de três partes: a sonda, a unidade de controle e as tubulações unindo as duas primeiras partes tal como mostrado no esquema da Figura 23.
A sonda é formada por três células passíveis de se dilatarem quando solicitadas. A célula do meio é utilizada na determinação das características do solo, enquanto, as células das extremidades servem de proteção e estabelecimentode um campo de tensões homogêneo na região do ensaio. A Tabela 6 mostra as dimensões principais de duas sondas, codificadas segundo o Diamond Core Drill Manufacture’s Association (DCDMA), bem como o intervalo de variação do diâmetro do furo onde a sonda deverá ser instalada. A unidade de controle e a parte do sistema que fica na
superfície contém um depósito de CO2, manômetros para medir a pressão aplicada na célula de medidas e nas de proteção, podendo estas pressões ser iguais ou diferentes. A tubulação usada entre a unidade de controle e a sonda poderá ser coaxial ou separada dependendo do tipo de pressiômetro.
Diâmetro (m) Célula de medida Código DCDMA Furo Sonda Comprimento (cm) Volume (cm3)
AX BX 46 – 52 60 - 6 4 58 36 21 535
Na abertura do furo para a realização do ensaio, os cuidados a serem tomados são diferentes daqueles de uma amostra indeformada, pois neste caso interessa manter a parte retirada indeformada, enquanto que no outro caso são as paredes do furo que não podem ser
alteradas conforme esquema mostrado na Figura 24. Por isso, não se pode realizar um ensaio pressiométrico aproveitando um furo de amostragem por amostradores de parede fina.
A distância entre pontos ensaiados não devera ser inferior a 50 cm a fim de se evitar a superposição de zonas de influência de cada ensaio. A pressão limite de cada ensaio será alcançada por estágios, devendo-se fazer medidas do volume de água introduzida na célula central em tempos padronizados. Devido ao material com que é construído o equipamento as pressões lidas no manômetro não são iguais àquelas aplicadas ao solo, e por isso, o equipamento deverá ser previamente calibrado.
Com os pares de valores, pressão aplicada e volume d’água injetado, ambos, devidamente, corrigidos será construída a curva pressiométrica (Figura 25), e na qual são definidas três fases: a primeira corresponde a uma reposição de tensões no solo e representada pelo trecho 0-Po; a segunda fase, denominada pseudo-elástica, com uma variação linear
(trecho AB da curva) é representada pelo intervalo de pressões Po-Pf. Na última fase, a partir de B, a relação pressão-deformação não é linear e a pressão tende para um valor assintótico denominado pressão limite; esta fase é representada pelo intervalo Pf-Pl. Da curva pressiométrica são obtidos três parâmetros:
• A pressão de fluência, Pf, correspondente ao último ponto do trecho linear da fase pseudo-elástica.
• Pressão limite, Pl • Módulo pressiométrico de Ménard
O Pl é utilizado no cálculo de tensões e E(M) no cálculo das deformações. Admitindo-se uma sugestão do Centro de Estudos Ménard para o coeficiente de Poisson igual a 0,3 para qualquer tipo de solo, tem-se
VME f f onde Vc é uma constante da sonda e os demais valores retirados da curva pressiométrica. 7.9.2.4 PERMEABILIDADE DO SOLO
O coeficiente de permeabilidade, k, de um solo poderá ser determinado através de ensaios de laboratório sobre amostras indeformadas ou no local da obra.
Os ensaios de laboratório são mais simples e menos onerosos, porém nem sempre apresentam valores representativos da permeabilidade in situ, em face das dificuldades de se obter amostras indeformadas de boa qualidade, das pequenas dimensões do corpo de prova e, às vezes, da não representatividade das condições do solo. Assim, sempre que o custo total da obra justifique, deve ser obtido o coeficiente de permeabilidade através de ensaios in situ.
Há uma variedade muito grande de ensaios de campo, e que consideram como variáveis, desde a forma do furo de ensaio até o tipo de fluxo que se estabelece no local. A bibliografia existente é extensa, podendo-se encontrar descrições detalhadas, tanto do ponto de vista teórico quanto prático, em (Cedergren,1977; Glover,1973; Harr,1966; Hvorslev,1951; Matsuo-Akai, 1953; Mineiro,1978; Muskat,1937; O1iveira-Correa Filho,1961; Todd,1960;USA-Corps of Engineers,1972; USDI-Bureau of Reclamation,1973,1974;USDNNavfac, 1974; Villar, 1982), entre tantas outras.
7.9.2.5 NÍVEL D'ÁGUA
O nível d’água poderá ser determinado de uma maneira simples e rápida, utilizando furos de sondagem de simples reconhecimento. Após o termino da sondagem, espera-se algum tempo até a estabilização do nível d’água no furo,e utilizando-se de pêndulo ou do fio elétrico constituído de uma ponteira com terminais positivo e negativo, e ligada a um microamperímetro através de um cabo graduado. O contacto entre a ponteira e a água fechará o circuito, e neste instante uma lâmpada ou uma campainha indicara o ocorrido e a leitura do comprimento do cabo mostrara a profundidade do nível d’água. Para o acompanhamento da variação do nível d'água ao longo do tempo, alguns cuidados deverão ser tomados, como pode ser visto em (Galeti et alli, 1983).
7.9.2.6 DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO NEUTRA
Para a medida da pressão neutra in situ são usados equipamentos denominados piezômetros. Há diversos tipos de piezômetros que podem ser distribuídos em três grupos, de acordo com a forma utilizada na medida da pressão neutra. Assim, têm-se os piezômetros de tubo aberto, pneumáticos e os elétricos.
Os piezômetros de tubo aberto são os mais simples, onde o modelo construído por
Casagrande é o mais conhecido e utilizado (Figura 26), tal como deve ser instalado no solo. Para que se obtenha bons resultados, deve-se garantir um bom confinamento da região onde o piezômetro esta colocado. A colocação do capacete é necessária para proteger a instalação, visto que, um piezômetro deve ter uma vida útil bastante longa. A água penetra no piezômetro através do tubo poroso para estabelecer, após algum tempo, o equilíbrio entre interior do tubo e exterior. Quando isso ocorre, é feita a medida do nível d'água, obtendo-se assim o valor da pressão neutra. Atualmente, existem no Brasil diversas variantes deste tipo de piezômetro.
Os piezômetros pneumáticos medem a pressão neutra da seguinte forma: a água quando penetra na ponteira pressiona o diafragma flexível que desloca uma válvula esférica permitindo assim uma comunicação entre tubulação de entra da e de saída, conforme mostrado na Figura 27. Do terminal de medida da pressão neutra, é injetado um liquido sob pressão que percorrerá um trajeto percorrendo a tubulação de entrada, válvula esférica, diafragma tubulação de retorno e manômetro, enquanto a pressão aplicada for menor que a pressão neutra. Quando ambas se igualarem, o fluxo é interrompido pelo retorno da válvula esférica a sua posição inicial. Neste instante a pressão de injeção mede a pressão neutra. Na Figura 27, também esta mostrada uma das maneiras de se instalar estes piezômetros.
Os piezômetros elétricos do tipo Maihak são constituídos de um diafragma metálico flexível que pressionado pela água do solo atravessa uma pedra porosa e deforma e altera a freqüência de uma corda vibrante existente na célula. Por comparação entre as freqüências da corda na célula e outra semelhante existente no modulo de leitura, é medida a pressão de instalação do piezômetro, Os principais requisitos a que um piezômetro deve são, segundo (Hanna, 1972):
• Acusar com precisão as pressões neutras e suas variações (positivas ou negativas) e que os erros estejam dentro dos limites tolerados pelo projeto.
• Que a colocação do piezômetro no solo cause um mínimo de interferência no local.
• Que apresente um tempo de resposta rápido a qualquer variação do nível d’água.
• Que seja resistente, de boa construção e permaneça estável pelo período de tempo necessário a investigação.
• Que as leituras possam ser feitas de uma forma continua ou intermitente, conforme a necessidade do projeto. A comparação do comportamento de três tipos de piezômetros, instalados em seções menos permeáveis de barragens levou (Sherard, 1961) a concluir que os piezômetros elétricos de corda vibrante apresentaram-se melhores do que os demais. Uma descrição mais completa sobre piezômetros, poderá ser encontrada em (Lindquist, 1963).
7.9.2.6 PROVA DE CARGA
Uma prova de carga pode ser realizada diretamente sobre o terreno utilizando para isso umaplaca rígida sobre uma estaca ou grupo de estacas, ou ainda sobre um tubulão. As provas de carga sobre grupo de estacas ou um tubulão são mais raras devido à exigência de uma força de reação muito alta. Neste item será descrito o procedimento de ensaio para uma prova de carga direta sobre o terreno de fundação e que está normalizada pela (ABNT, NBR 6469/60).
A prova de carga direta é apenas uma parte dos requisitos necessários à investigação do subsolo para o projeto da fundação de uma estrutura. Na Figura 20 está mostrado o esquema de montagem da prova de carga, utilizando uma placa rígida de 0,80 m de diâmetro e área de 0,50 m2; na Figura vê se também a disposição em planta dos apoios, do caixão e dos medidores de deformação do solo. O ensaio é realizado em duas fases; inicialmente, o solo é carregado em estágios até atingir uma pressão no qual ocorra a ruptura do terreno ou uma deformação total igual a 25 m, ou ainda, igual ao dobro da taxa de trabalho estimada para o solo. Em cada estágio deverão ser feitas medidas da deformação do solo ao longo do tempo. Desde que o solo não tenha rompido após o último estagio de carregamento, inicia-se o descarregamento da mesma forma feita na fase anterior. Terminada a prova, os resultados deverão ser apresentados em forma de um gráfico pressãoxdeformação; além do gráfico, deve-se também informar a situação, em planta, do local da prova e sempre que possível, o perfil do solo obtido por uma sondagem de simples reconhecimento em ponto próximo ao local do ensaio.
Exemplo 3 - Na Figura (Anexo 4) está indicado o resultado de uma prova de carga direta realizada no Campus da Universidade Federal de São Carlos, em 1976. Na parte inferior da Figura estão mostrados o perfil do subsolo, a localização em planta e o esquema da prova. Na parte superior do gráfico pressãoxdeformação mostra o tempo de carregamento e descarregamento em cada estágio e os valores correspondentes de deformações.
A pressão máxima de 500 kPa foi alcançada através da aplicação em estágios iguais a 20%. Como o bulbo de pressões desenvolvido pela placa é da ordem de duas vezes o seu diâmetro, as camadas mais profundas não serão solicitadas na prova de carga. Uma sapata de dimensões maiores do que a placa desenvolverá um bulbo também maior, conforme mostrado na Figura 21, solicitando camadas mais profundas, resultando com isso recalques na estrutura não previstos na prova de carga.
7.9.3 MÉTODOS DIRETOS
Consistem em qualquer conjunto de operações destinadas a observar diretamente o solo e ainda obter amostras ao longo de uma perfuração. Os principais métodos diretos são:
Os métodos diretos permitem o reconhecimento do solo prospectado, através de amostras obtidas de "furos" executados no terreno. As amostras deformadas fornecem subsídios para um exame visual táctil das camadas e sobre elas podem-se executar ensaios de caracterização (teor de umidade, limites de consistência, massa específica e granulometria). Permitem também a coleta de amostras indeformadas para se obter informações seguras sobre o teor de umidade, resistência ao cisalhamento e compressibilidade dos solos.
Através dos métodos diretos pode-se obter a delimitação entre as camadas do subsolo, a posição do nível do lençol freático e informações sobre a consistência das argilas e compacidade das areias. Conclui-se então que as principais características esperadas de um programa de prospecção são alcançadas com a utilização destes métodos. Há em todos eles, o inconveniente de oferecer uma visão pontual do subsolo.
7.9.3.1 MANUAIS 7.9.3.1.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
NBR 9604 de SET/19S6 - Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo com retirada de amostras deformadas e indeformadas - Procedimento Normas complementares: NBR 6502 de DEZ/1980 - Rochas e Solos - Terminologia NBR 7250 de ABR/1982 - Identificação e descrição de amostras de solos obtidos em sondagens de simples reconhecimento dos solos - Procedimento
7.9.3.1.2 TRADOS MANUAIS
NBR 9603 de SET/1986 - Sondagem a trado - Procedimento Normas complementares: NBR 6502 NBR 7250
7.9.3.2 MECÂNICOS - Sondagens especiais com extração de amostras indeformadas
- Sondagens mistas
7.9.3.2.1 SONDAGENS À PERCUSSÃO COM CIRCULAÇÃO D’ÁGUA
NBR 6484 de DEZ/1980 - Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos - Métodos de ensaio. Normas complementares e/ou pertinentes: NBR 6502 NBR 7250 NBR 8036 de JUN/1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios - Procedimento NBR 9820 de MAI/1987 - Coleta de amostras indeformadas de solo em furos de sondagem - Procedimento.
Também conhecido por sondagem de simples reconhecimento é um dos ensaios in situ mais utilizado em todo o universo na investigação do subsolo, permitindo tanto a retirada de amostras, quanto a medida da resistência ã penetração dinâmica do solo. A sua execução esta normalizada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (NBR-6464/60) e as recomendações constantes, tanto para equipamento quanto para procedimento, devem ser, rigorosamente, seguidas para a obtenção de resultados comparáveis com ensaios realizados em outros lugares.
A história da sondagem de simples reconhecimento, começa em 1902, com uma proposta de Cow para um processo de amostragem, utilizando um amostrador de parede grossa com diâmetro de 25,4 m e comprimento cravado variando entre 300 e 450 m em substituição a amostragem por circulação de água, já descrita e mostrada na Figura 3. O amostrador era cravado no solo, usando-se um martelo de massa aproximada de 50 kg.
Em 1927, Hart e Fletcher introduziram um amostrador, com diâmetro externo e interno de 51 e 35 m, respectivamente, constituído por três partes, engate, corpo e sapata, tendo como principal modificação o fato do corpo ser bipartido, possibilitando uma colheita mais fácil da amostra retirada (Figura 2). Este amostrador, por razões diversas ficou conhecido como amostrador Raymond ou Terzaghi-Peck sendo atualmente, o único que deve ser usado no ensaio de penetração realizado durante a execução de uma sondagem de simples reconhecimento. A Figura 9 mostra um corte do amostrador indicando suas principais dimensões.
Em 1930, Mohr introduziu a técnica da contagem dos números de golpes necessários para a cravação de uma parte do amostrador no solo por meio de uma energia gerada pela queda livre de um martelo de massa e altura de queda padronizadas, criando-se assim, uma medida da resistência a penetração dinâmica do solo convencionando-se chamar a este ensaio e ao número de golpes resultante de SPT (Standard Penetration Test).
A sondagem de simples reconhecimento foi introduzida no Brasil em 1939, através da
Seção de Solos e Fundações do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT), que em face das dificuldades encontradas em conseguir tubos com as dimensões do amostrador Raymond, desenvolveu seu próprio amostrador, utilizando-o até a década de 70. Com a tendência internacional de normalização do equipamento e procedimento de ensaio este equipamento foi deixado de ser usado. Vale a pena ressaltar a necessidade de se seguir o procedimento normalizado, pois a técnica operacional e o equipamento utilizado influem decididamente na ordem de grandeza dos índices de resistência a penetração medidos (Teixeira, 1974).
Para uma descrição mais didática dos procedimentos de uma sondagem de simples reconhecimento, dividem-se as operações em diversas fases:
• Abertura do furo
• Ensaio de penetração • Amostragem
• Avaliação do nível d’água
• Identificação e classificação das amostras
• Relatório
A execução de uma sondagem é um processo repetitivo das três primeiras fases, para cada metro de solo sondado, conforme esquema mostrado na Figura 10. Assim, em cada metro faz-se inicialmente a abertura do furo de um comprimento igual a 5 cm, deixando-se os restantes 45 cm de solo para a realização do ensaio de penetração e amostragem.
A abertura do furo é iniciada com um trado cavadeira com 100 m de diâmetro até completar o primeiro metro,quando deverá ser colocado o primeiro segmento do tubo de revestimento dotado de sapata cortante em sua ponta para facilitar a cravação de outros segmentos. A partir do segundo metro e até se atingir o nível d’água a abertura devera ser feita com um trado helicoidal. Abaixo do nível d’água a abertura será feita com o processo de circulação de água, com o mesmo equipamento usado para amostragem, Figura 3. A lama,formada com partículas desagregadas do solo devido a injeção de água sob pressão e percussão e rotação do trépano, retornará a superfície pelo anel formado pelo tubo de revestimento e hastes de perfuração, sendo depositada em reservatório próprio; nesta fase o mestre-sondador deverá recolher as amostras da lama, na bica e identificando o solo para detectar possível mudança de camada. Quando a cota de ensaio for atingida, suspende-se o conjunto de hastes de uma altura de 20 cm e deixa-se circular água até que, na bica, não se perceba a existência de partículas. O furo esta, então, preparado para a realização do ensaio de penetração.
As fases de ensaio e de amostragem são realizadas simultaneamente e se utilizam os tripés (Figura 3), amostrador Raymond (Figura 9) e de um martelo de massa igual a 65 kg (Figura 1), que tem como particularidades, um coxim de madeira dura e uma haste que servirá de guia durante a queda. Após a colocação do amostrador, em uma extremidade de um segmento de haste, deverá ser descido com cuidado para evitar batidas nas paredes e apoiado, suavemente, no fundo do furo. A seguir, deve-se fixar a cabeça de bater no topo das hastes e apoiar o martelo sobre esta peça, anotando-se uma eventual penetração das hastes no solo. A partir de um ponto fixo qualquer, marca-se sobre as hastes três segmentos de 15 cm cada. O martelo é, então elevado manualmente a uma altura de 75 cm a partir do topo da cabeça de bater e deixado-o cair em queda livre, como mostrado na Figura 12. Esta operação deverá se repetir até o amostrador tenha sido penetrado 45 cm no solo; durante a penetração deve ser contado o número de golpes necessários á cravação de cada 15 cm. O resultado do ensaio de penetração será expresso pelo número de golpes necessários a cravação dos 30 cm finais, sendo este número conhecido por SPT (Standard Penetration Test). Deve-se tomar o cuidado para que o revestimento esteja no mínimo 50 cm acima do fundo do furo antes do início do ensaio.
A colheita da amostra será feita após a retirada e abertura do amostrador, com solo sendo identificado no local e amostras enviadas ao laboratório, onde permanecem guardadas por algum tempo, para esclarecimentos de alguma dúvida que porventura venha a ocorrer.
Como o diâmetro do amostrador é menor do que o diâmetro interno do tubo de revestimento deve ser feito um alargamento do furo naquela região logo após a amostragem para em seguida, voltar-se a fase de abertura do metro abaixo.
Durante a fase de abertura a trado, o mestre-sondador deverá ficar atento no aumento no teor de umidade do solo, indicativo da proximidade do lençol freático, devendo paralisar o serviço e fazer medidas de subida de água no furo utilizando-se de processos simples. Sempre que houver paralisação no serviço, antes do reinício é conveniente uma verificação do nível. A ocorrência de artesianismos ou mais de um nível d’água deverá sempre ser informado no relatório. Os processos de determinação do nível d’água serão descritos no item 2.2.3.4.
A identificação e a classificação das amostras deverá ser feita segundo a ABNT-NBR 7250/60. A identificação será feita com testes visuais e tácteis procurando definir características granulométricas, de plasticidade, presença acentuada de mica, origem orgânica ou marinha, se o solo e residual e cores predominantes e o nome dado ao solo não deverá conter mais do que duas frações conforme recomendado pela Norma, que sugere ainda as cores: branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, podendo -se usar o claro e escuro, para um máximo de duas cores, e o termo variegado quando não houver duas cores predominantes.
Com o valor do SPT obtido em cada metro, os solos são classificados quanto a compacidade dos solos grossos ou consistência dos solos finos, conforme mostrado na Tabela 3.
Areia e silte arenoso
< 4 5 – 8 9 – 18 19 – 40 > 40
Fofa
Pouco compacta
Medianamente compacta
Compacta Muito Compacta
Argila e silte argiloso
< 2 3 – 5 6 – 10 1 – 19 > 19
Muito mole
Mole Média Rija Dura
Os resultados de uma sondagem deverão ser apresentados em forma de relatório e anexos. O relatório fornecerá dados gerais sobre o local e o tipo de obra, descrição sumária sobre equipamentos e outras julgadas pertinentes. Uma planta de localização dos furos e da referência de nível (RN) adotada, bem como os perfis individuais de cada furo serão apresentados em anexo. Em cada perfil deverão constar seguintes informações:
• Número do furo de sondagem.
• Data de Início e término da sondagem
• Posição das amostras colhidas e das não recuperadas
• Profundidade das diversas transições entre camadas e do fim do furo
• Os índices de resistência à penetração (SPT)
• Identificação classificação e a convenção gráfica das amostras segundo a NBR 6502/60, mostrada na Figura 13.
• Processos de perfuração empregados e profundidades atingidas: TH para trado helicoidal, CA para circulação de água..
• Cota da boca do tubo de revestimento. Os valores dos índices de resistência à penetração poderão ser alterados por fatores ligados ao equipamento usado, a técnica operacional, ao tipo de solo ensaiado e até a erros acidentais (Teixeira, 1974). Os fatores ligados ao equipamento são:
• Amostrador: deve ter, rigorosamente, as dimensões indicadas na Norma, pois que, quanto maior a seção ou mais espessa sua parede, maiores serão os índices de resistência, conservadas as demais variáveis.
• Haste de perfuração: hastes com massa maior levam a índices maiores, por absorverem uma maior quantidade da energia aplicada; por isto, foram normalizadas para terem massa variando entre 3,2 e 4,3 kg/m.
Exemplo 2 - Para a construção de um bloco de salas de aulas no Campus da Universidade de São
Paulo, São Carlos, foram realizadas diversas sondagens de simples reconhecimento. A localização em planta e o perfil obtido em uma das sondagens estão mostrados no Anexo 2. A camada superior, com espessura media de 6 metros e uma areia fina argilosa fofa a pouca compactada, marrom, é geologicamente classificada como um sedimento cenozóico, "originado a partir do retrabalhamento dos materiais do Grupo Bauru e das Formações Serra Geral e Botucatu, através de um pequeno transporte em meio aquoso", (Bortolucci, 1982). As duas camadas seguintes, areia fina a média siltosa, pouco a medianamente compacta, marrom e areia fina a média argilosa medianamente compacta e vermelha são, geologicamente, classificadas como Grupo Bauru.
A camada inferior é de silte argiloso, duro, marrom e vermelho, geralmente impenetrável à percussão e oriundo da Formação Serra Geral.
• Sistema de aplicação da energia: a utilização de um sistema mecânico, para erguimento do martelo, se por um lado traz vantagem por uma maior regularidade na altura de queda, por outra, trará desvantagem se houver o desenvolvimento de atrito entre corda e tambor, não permitindo a sua queda livre e acarretando aumentos dos índices obtidos.
• Tubo de revestimento: quanto maior o diâmetro do tubo de revestimento, maior será a interação com o solo. Os diâmetros internos normalizados são 67 e 76 m.
• Martelo: o coxim de madeira deve estar sempre em boas condições. Não deverá ocorrer golpe de metal-metal. Quanto a técnica de operação tem-se:
• O martelo deve cair sempre em queda livre e de altura constante igual a 75 cm. Com relação à primeira observação, a haste guia do martelo, mostrado na Figura 1, não poderá tocar internamente as hastes de perfuração. A opção de uso de um martelo de furo central (Figura 14) exige a verticalidade das hastes de perfuração, a fim de se evitar atrito.
Quanto à segunda observação,há uma tendência com o transcorrer do dia a diminuição da altura de queda devido ao cansaço dos operadores, e com isto aumentando-se os valores dos índices.
• A descida do amostrador em furos não revestidos deve ser feita com cuidado a fim de não provocar batida na parede e queda de material. Se isto acontecer, o amostrador deve ser retirado e realizar nova limpeza.
• A parte do furo onde ocorreu a amostragem deverá ser alargada.
• O tubo de revestimento não deve se situar a distância menor do que 50 cm do fundo do furo antes da amostragem. Quanto às características do solo, tem-se:
• Areias finas saturadas de baixa compacidade tendem a se liquefazer na ponta do amostrador devido ao efeito dinâmico da cravação. Isto diminui os índices obtidos.
• Argilas muito sensíveis poderão sofrer amolgamento na ponta do amostrador com perda de resistência.
• A presença de pedregulhos em areias de baixa densidade tende a aumentar os valores dos índices de resistência, enquanto que a presença de mica tende a diminuí-los.
• Em solos colapsíveis o emprego de circulação d’água acima do nível de água tenderá a diminuir os valores dos índices. Quanto aos erros acidentais são mais difíceis de serem constatados. Por isto cabe ao engenheiro responsável a conscientização da importância do trabalho em execução. A maior parte destes erros são cometidos devido ao despreparo dos operadores.
Recomenda-se uma consulta ao trabalho de Mello (1971) sobre a avaliação do SPT, a nível internacional, para um melhor entendimento deste ensaio.
O número e distribuição de sondagens em planta dependerão do tipo de obra e da fase em que se encontra a investigação do subsolo. Quando a estrutura tem sua localização bem definida dentro do terreno, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (NB-12/76), sugere o número mínimo de sondagens a serem realizadas em função da área construída, conforme mostrado na Tabela 4. Os furos deverão ser externos a projeção da área construída e alguns exemplos de distribuição estão mostrados na Figura 15.
ÁREA CONSTRUÍDA (m2) NÚMERO MÍNIMO DE FUROS
200 200 – 400 400 – 600 600 – 800 800 – 1000 1000 – 1200 1200 – 1600 1600 – 2000 2000 – 2400 > 2400
2 3 3 4 5 6 7 8 9 A critério
Quando as estruturas não estiverem ainda localizadas, o número de sondagens deve ser fixado de modo que a máxima distancia entre furos seja de 100 m cobrindo uniformemente toda a área.
Quanto a profundidade, a sondagem deve ser conduzida até o impenetrável ao amostrador ou até a cota mais baixa da isobárica igual a 0,10 e estimada pelo engenheiro projetista da fundação.
7.9.3.2.2 SONDAGEM ROTATIVA
Constituem um dos mais importantes e eficazes meios para a exploração de subsuperfície. Essas sondagens permitem a extração de amostras das rochas, de grandes profundidades. A sonda rotativa consta de: a) Motor: elétrico, a gasolina ou a óleo, ligado a uma caixa de câmbio por um sistema de embreagem para mudanças de velocidade. b) Coroa e pinhão: recebem a rotação do câmbio, para transmiti-la ao cabeçote. c) Cabeçote: possui uma parte interna que recebe o movimento rotatório e, por um sistema de engrenagem, possui ainda um movimento de avanço longitudinal. O cabeçote possui um movimento completo de 180°, para imprimir o ângulo de perfuração. d) Hastes: são tubos ocos de aço, presos superiormente ao cabeçote em pedaços de 3 m a 4 m, atarraxáveis entre si e transmitem o movimento ao fundo do furo. e) Barrilete: é um tubo oco que se destina a receber o testemunho de sondagem (cilindro compacto da rocha perfurada). O barrilete é preso dentro da primeira haste a penetrar o solo e possui molas em bisel de vários tipos, para poder prender o testemunho quando de sua retirada. f) Coroa alargadora: é uma peça oca, cilíndrica, cravada de diamantes, rosqueada na extremidade da primeira haste e serve para alargar o furo produzido pela coroa. g) Coroa: é uma peça também cilíndrica, oca ou não, cravada de diamantes, rosqueada à coroa alargadora que corta a rocha, permitindo o avanço. h) Cabeçote de circulação da água: é uma peça ligada ao cabeçote geral e à última haste, e por meio de rolamentos permanece fixo, enquanto que a haste continua seu movimento rotatório. i) Mangueira de água: pressionada, são ligadas no sistema para a circulação da água que provém de uma bomba d'água. j) Bomba d'água: consta de um motor para injetar sobre pressão a água ou lama para dentro das hastes. k) Tanque d'água ou de lama: podem ser construídos num buraco escavado perto das instalações da sondagem, ou ligados a uma série de tambores de 200 litros de capacidade, periodicamente reenchidos por um caminhão d'água. A água sob pressão penetra por dentro das hastes e reflui em forma de lama entre a haste e as paredes da rocha perfurada e é recolhida em uma calha destinada a recuperar a parte sólida, que normalmente consta de fragmentos da rocha cortada. Completando o esquema geral de uma sonda, ainda existe uma torre metálica com um sistema de guinchos, para poder levantar o sistema de hastes, quando se retira o barrilete para colher o testemunho.
Certos tipos de sondagens rotativas não permitem a extração de testemunho. As hastes são giradas e pressionadas contra o fundo do furo sem o barrilete. As brocas não são em forma de anel mas podem ter formas variadas e são dotadas de um furo para passagem de água. A função da água é remover os detritos, esfriar a coroa, evitar o desmoronamento das paredes, etc.
Nas sondagens rotativas, além da determinação dos tipos de rochas e de seus contatos e dos elementos estruturais presentes (xistosidade, falhas, fraturas, dobras, etc.), é importante a determinação do estado da rocha, Lê., do seu grau de fraturamento e de alteração ou decomposição.
O grau de fraturamento de uma rocha é representado pelo número de fraturas por metro linear em sondagens ou mesmo em paredes de escavação ao longo de uma dada direção. Entende-se por fratura qualquer descontinuidade que, num maciço rochoso, separe blocos, com distribuição espacial caótica. As superfícies formadas pela fratura apresentam-se, via de regra, rugosa e irregular. Por diáclase, uma descontinuidade com distribuição espacial regular. As superfícies formadas pela diáclase são relativamente planas. Tendem a formar sistemas, por ex., ortogonais, etc.
Consideram-se logicamente apenas as fraturas originais e não as provocadas pela própria perfuração ou escavação. Não são por outro lado consideradas as fraturas soldadas por materiais altamente coesivos. A tabela sugerida pela ABGE mostra os diferentes graus de fraturamento:
Ocasionamente fraturada 1 Pouco fraturada 1 – 5 Medianamente fraturada 6-10
Muito fraturada 1-20 Extremamente fraturada 20
Em fragmentos torrões ou pedaços de diversos tamanhos caoticamente dispostos
O grau de decomposição ou alteração das rochas é dado de forma ainda subjetiva e empírica, segundo a seguinte relação:
São Não são percebidos sequer sinais de alteração do material.
Ligeiramente alterado 0 material mostra "manchas" de alteração. Ex.: os feldspatos dos granitos.
Medianamente alterado As "faixas" de alteração se igualam às de material são.
Muito alterado 0 material toma aspecto pulvurulento ou friável, fragmentandose entre os dedos. Este estado pode se confundir com o "solo de alteração de rocha".
A)EQUIPAMENTOS MAIS COMUNS PARA SONDAGEM ROTATIVA A1) Tipos do coroas
O "corpo" das coroas é sempre de aço, porém a parte cortante pode ser de diamante, aços especiais, carbeto de tungstênio, mistas, etc. Quanto à forma, podem ser;
• ocas, em forma de anel para permitir a entrada do testemunho no barrilete.
• compactas - somente com função de triturar, sem produzir o testemunho.
Entre as compactas pode ser citado o coroa-piloto, que possui um degrau na ponta e é comumente usada em rochas fraturadas ou de consistência muito variada e sobretudo se a perfuração faz um ângulo pequeno com o acamamento das rochas. Sua função é dirigir a perfuração, evitando desvios.
A coroa em forma de cauda de peixe tripla possui as facas de carbeto de tungstênioe só tritura. A coroa tricone possui três cones denteados com diâmetros diferentes, voltados para o centro da coroa. Emprega-se para petróleo.
As coroas a diamante classificam-se pelo seu diâmetro e pelo número de pedras por quilate. Diamantes grandes podem se fraturar, o desgaste é maior e possui menor número de arestas, em relação a muitas pedras de tamanho pequeno.
Em rochas pouco abrasivas, usam-se coroas com pedras grandes. Para rochas resistentes com minério de ferro, usam-se pedras pequenas em grande número. O número de pedras pode variar de 4 a 40 pedras por quilate.
Os diamantes podem ser restaurados, adicionando-se novas pedras aos lugares vazios ou mudando todas as pedras de posição.
Quando um diamante se desprende da coroa no fundo do furo, causa o perigo de desgastar as outras pedras.
Para evitar esse problema, há coroas impregnadas que são fabricadas misturando-se pó de diamante e pó de ferro com ligas especiais, de modo que, no aquecimento, o ferro chegue a fundir-se parcialmente, fixando o pó de diamante.
A2) Tipos de coroas
A3) Barrilete
Classificam-se em simples, duplos e duplos livres. Os simples constam de um tubo cilíndrico oco, onde o testemunho penetra e fica preso por molas em bisel. A água passa através do testemunho e sai por fora da coroa, e o barrilete gira juntamente com a haste. Há desgaste mecânico pelo giro do barrilete e desgaste mecânico e de dissolução pela água que passa através do testemunho. Os duplos possuem dois tubos concêntricos, evitando o desgaste pela água, porém, continua o desgaste mecânico, porque os dois tubos giram com a haste.
Os duplos livres possuem dois tubos concêntricos com rolamentos de mancais deixando parado o tubo interno que guarda o testemunho. Evitam todos os tipos de desgaste. A4) Tabela de diâmetro de coroas e hastes interno externo interno externo
Ex 21,4 m 37,7 m E 1,1 m 3,3 m Ax 30,1 m 48,0 m A 14,3 m 41,3 m
Bx 42,0 m 60,0 m B 15,9 m 48,4 m
Nx 54,7 m 75,7 m N
25,4 m 60,3 m
As principais etapas de um ciclo de operações da sonda são: locação, instalação, seção de brocas e hastes, revestimento, avanço e retirada do testemunho. Os interessados em maiores detalhes deverão consultar literatura especializada ou, de uma maneira simplificada o livro Geologia Aplicada à Engenharia, autor Nivaldo José Chiossi, Cap. 13.
7.9.3.2.3 REGISTRO DE DADOS DE SONDAGEM E APRESENTAÇÃO
Pelo menos três tipos diferentes de registros para as sondagens rotativas devem ser efetuados, em folhas especialmente confeccionadas, a saber:
a. Folha de campo da sondagem a percussão e rotativa
É uma folha que registra o resultado, objeto da investigação. Tecnicamente é a mais importante. A folha de sondagem e os testemunhos devem definir o que seria o perfil individual do furo. Nessa folha indica-se, pelo menos, o tipo de equipamento, os comprimentos das manobras e o tempo gasto; recuperação de testemunho, correspondente a cada manobra (%); número de fragmentos que compõe os testemunhos de cada manobra (grau de fraturamento); natureza do terreno atravessado (litologia, fraturas, zonas alteradas, etc.); nível d'água no início de cada dia de trabalho; diâmetro da sondagem, etc.
b. Folha de controle de brocas para sondagem rotativa
Cada coroa é acompanhada de uma folha de controle onde se registra o número de metros perfurados, desde a coroa nova até o estado em que se torna necessária a recravação, especificando-se a natureza do material perfurado. Os dados registrados devem revelar: incidência do material de corte no custo unitário de perfuração para cada tipo de rocha; anomalias na qualidade da broca, equipamento ou mesmo do operador; tipos adequados de brocas para cada formação.
c. Relatório diário da sondagem
É uma folha onde se registra a produção e o tempo gasto pela equipe nas diversas operações e atividades de cada dia, bem como o gasto de materiais e combustíveis. A folha de campo da sondagem é de interesse puramente técnico, ao passo que a folha de brocas, bem como o relatório diário, são de interesse econômico-administrativo da obra.
Apresentação Final dos Dados Obtidos na Investigação d. Perfis individuais
Todos os dados colhidos na sondagem e no ensaio de perda d'água de um determinado furo podem ser resumidos em forma de perfil individual do furo. Além do perfil geológico, o desenho deve indicar o estado mecânico em que se encontram as rochas atravessadas, evidenciando as zonas críticas do maciço; recuperação baixa, zonas muito fraturadas e com altas perdas d'água, etc.
e. Secções geológicas-geotécnicas
Com base nos perfis individuais, traçam-se perfis geológicos-geotécnicos. Esse tipo de apresentação permite uma visão de conjunto da região pesquisada.
f. Conclusões
No que se refere às aplicações da sondagem rotativa e a percussão para fins de Geologia Aplicada à Engenharia Civil, deve-se salientar a necessidade de desenvolver equipamentos mais eficientes, bem como mão-de-obra especializada. Outra carência que se observa ainda, no Brasil, é a falta de padronização dos equipamentos e especificações para execução das sondagens, fatores muito importantes para trabalhos de correlação entre duas sondagens, principalmente quando executadas por firmas diferentes.
A seguir será apresentado um exemplo de um perfil geológico completo de uma sondagem a percussão, mostrando as cotas de cada camada, a posição do nível d'água, a resistência à penetração e os ensaios de granulometria, em termos de porcentagem.
Devemos destacar no perfil a importância do gráfico na indicação da resistência à penetração (SPT), principalmente para fins de escavação e fundação.
O perfil seguinte mostra a representação usual de uma sondagem rotativa. A descrição do material, as cotas dos limites entre as sondagens, a posição do nível d'água, etc., são indicados como no perfil da sondagem a percussão. O gráfico abaixo indica a porcentagem de recuperação dos testemunhos (amostras) e é muito importante, pois revela o grau de alteração da rocha. Junto, estão assinalados também os eventuais ensaios de perda d'água executados.
Quando se observa um perfil de sondagem rotativa, a porcentagem de recuperação pode fornecer a seguinte interpretação do estado de fraturamento da rocha:
RECUPERAÇÃO ROCHA acima de 90% sã a ligeiramente fraturada 75 - 90% pouco ou ligeiramente fraturada 50 - 75% medianamente fraturada 25 - 50% bastante fraturada abaixo de 25% excessivamente fraturada (amostras fragmentadas)
Entende-se por porcentagem de recuperação dos testemunhos ou amostras de uma sondagem rotativa a relação entre o número de metros perfurados numa determinada rocha e número de metros de testemunhos recuperados ou amostrados. Assim, por exemplo, se ao se perfurar uma profundidade de 3 m foi possível a obtenção de apenas 2,50 m de amostras (testemunhos), dizemos que a percentagem de recuperação foi de 83,3%. Sua determinação é através de uma simples regra de três.
As amostras dos diversos tipos de sondagens são colocadas numa seção vertical, a fim de serem correlacionadas e assim permitirem a definição dos tipos de rochas e estruturas atravessadas. Essa correlação permite a confecção do mapa geológico do subsolo. Exemplos esquemáticos são dados a seguir.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DAS SONDAGENS PARA DETERMINAÇÃO DO LENÇOL FREÁTICO Dois problemas devem ser considerados com relação à água no subsolo: o primeiro é a determinação da cota do nível freático no subsolo c suas condições de pressão, e o segundo se relaciona à permeabilidade e drenabilidade das diferentes camadas. Correlatamente, a água deve ser analisada quimicamente, pois poderá conter elementos reativos com o concreto das fundações. A posição do lençol freático não é necessariamente aquela profundidade na qual a sondagem atinja água, sendo necessário pelo menos uma hora de observação para a estabilização do nível freático. Dessa maneira, é possível estabelecer um gráfico tempo x profundidade (ou elevação) do N.A..
9.10 AMOSTRAGEM EM SOLOS
9.10.1 OBJETIVOS
A amostragem é executada quando se pretende determinara composição e a estrutura do material, propiciando ainda, a obtenção de corpos de prova para ensaio.
9.10.2 CLASSIFICAÇÃO DE AMOSTRAS 9.10.2.1 NÃO REPRESENTATIVAS
São aquelas em que devido ao próprio processo de extração foram removidos ou trocados alguns constituintes do solo “in situ”. Entre elas incluem-se as "amostras lavadas", colhidas durante o processo de perfuração por circulação de água nas sondagens à percussão.
9.10.2.2 REPRESENTATIVAS: INDEFORMADAS E DEFORMADAS
São aquelas que conservam todos os constituintes minerais do solo “in situ” e se possível, seu teor de umidade natural, entretanto, sua estrutura foi perturbada pelo processo de extração. Nesta categoria incluem-se as amostras colhidas a trado e as amostras do barrilete padrão de sondagens à percussão.
9.10.2.3 INDEFORMADAS
Além de representativas, as amostras indeformadas conservam ao máximo a estrutura dos grãos e, portanto, as características de massa específica e nulidade natural do solo in situ.
A viabilidade técnica e econômica da retirada de amostras indeformadas é função da natureza do solo a ser amostrado, da profundidade em que se encontra e da presença do nível d'água. Esses fatores determinam o tipo de amostrador e os recursos a utilizar. Algumas formações apresentam maiores dificuldades que outras no processo de extração de amostras indeformadas.
A seguir alguns solos típicos em ordem crescente de dificuldade de obtenção de amostras indeformadas e preservação das propriedades: • Solos predominantemente argilosos de baixa consistência;
• Siltes argilosos de fraca compacidade;
• Solos argilosos de consistência acima da média;
• Solos residuais argilo-siltosos;
• Solos predominantemente arenosos;
• Areias puras;
• Areias com pedregulhos;
• Pedregulhos. As amostras indeformadas merecem cuidados especiais tais como: • Manipulações cuidadosas, evitando-se impactos e vibrações;
• Parafina logo após a extração evitando a exposição ao sol;
• Conservação cm câmara úmida; • Evitar armazenamento por período demasiadamente longo. a. Amostra indeformada
Este tipo de amostra deverá ser representativo do solo quanto as composições granulométrica e mineralógica, teor de umidade e estrutura. Alguns cuidados deverão ser tomados para se evitar a perda d’água e alteração estrutural durante a retirada, o transporte e o manuseio da amostra no laboratório. A retirada de uma amostra indeformada pode ser feita de duas maneiras: manualmente ou através de amostradores de parede fina.
A amostragem manual, geralmente realizada à superfície do terreno ou no interior de um poço e acima do nível d'água, é feita coletando-se uma amostra em forma de bloco cúbico ou cilíndrico. A retirada da amostra deve seguir o esquema mostrado na Figura 4, a fim de se garantir a boa qualidade tanto para a estrutura quanto para o teor de umidade. Para que isto aconteça, o serviço de abertura do poço deve ser interrompido cerca de 10 cm acima da cota de topo de bloco a partir do qual o trabalho deverá ser realizado por pessoa afeita a esta técnica de amostragem.
A utilização de um molde metálico de lado ou diâmetro da ordem de 30cm, respectivamente de forma quadrada ou cilíndrica, servirá de revestimento e proteção ao bloco durante a amostragem. O molde deverá entrar justo, porém, sem cortar as suas paredes. Após a cravação total do molde, deverá ser aplicada uma primeira camada de parafina no topo do bloco e colocada uma etiqueta contendo informações sobre a localização da amostra. A separação da amostra do solo deve ser feita conforme mostrado na Figura 4. Após o acerto da base, aplica-se uma primeira camada de parafina nesta superfície. A seguir, o molde será retirado e as paredes laterais do bloco deverão também receber uma camada de parafina para manter o teor de umidade de campo por um bom período.
Exemplo 1 - Com a finalidade de comparar diversas formas de proteção do solo contra perda de umidade foram utilizados corpos de prova cilíndricos, com 50 m de diâmetro e 100 m de altura, moldados com a argila azul de Boston, USA, com massa especifica igual a 1,93 g/cm3 e teor de umidade igual a 27,6%. Além dos corpos de prova cilíndricos, também, foram usadas amostras retiradas com tubos de parede fina e com elementos diferentes de proteção. As amostras foram armazenadas horizontalmente em local onde a temperatura variava entre 20 e 35°C. Foram medidas as perdas de umidade com o tempo e os valores percentuais obtidos estão mostrados na Tabela anterior.
TIPO DE PROTEÇÃO 0,5 1 7 32 130 324 539 125 0
Nenhuma 15,6 30,1 92,8 97,6 98,2 94,2 98,2 98,6
Uma camada 1,8 3,6 25,7 95,3 97,8 94,2 97,8 98,2 Papel encerado Duas camadas 1,1 2,2 19,2 85,9 96,7 93,1 96,4 96,7 Papel celofane Duas camadas 0,4 0,7 2,9 1,2 61,2 94,2 98,2 98,2 e = 1,6 m - - - - 0,7 5,8 20,7 69,2 e = 3,2 m - - - - 0,4 0,4 0,4 38,4 Camada de parafina e = 12,7 m - - - - 0,4 0,7 1,1 35,9 e = 19,0 m - - - - 3,6 29,3 97,5 100,0 Tubo Camada de parafina e = 38,1 m - - - - 0,4 4,7 17,0 100, 0
Disco+ camada de parafina e = 19,0 m - - - - 0,4 1,8 6,9 90,6
A parafina preserva o teor de umidade do solo mas não satisfaz quanto a manutenção da estrutura. Para que se possa preservar a estrutura é necessário que após a primeira camada de parafina, o bloco seja revestido com um tecido poroso, tipo tela ou estopa, aplicando-se a seguir nova camada de parafina, tal como mostrado na Figura 5. Tomados estes cuidados, o bloco está preparado para ser enviado ao laboratório, devendo-se providenciar um bom acondicionamento, caso a distância de transporte seja grande. Durante o manuseio do bloco no laboratório para a retirada dos corpos de prova deve ser tomado cuidado quando da remoção do tecido para evitar quebra da estrutura e manter o bloco sempre parafinado para não se perder umidade. No laboratório, o bloco deverá ser colocado em uma câmara úmida, que deverá manter uma umidade relativamente do ar próxima a 100 %. Outros cuidados durante a retirada, transporte e manuseio de uma amostra em blocos poderão ser encontrados em (Nogueira, 1977; Stancati et alli, 1981).
Quando por motivo técnico ou custo elevado, não for possível retirar amostra em bloco, deve-se utilizar um amostrador de parede fina construído com um tubo de latão ou aço de diâmetro interno não inferior a 50 m e com características próprias para garantir a obtenção de amostra indeformada. Foram definidas a partir das variáveis mostradas na Figura acima, duas relações entre diâmetros folga interna (Fi) e relação de áreas (RA) para qualificar um tubo como um amostrador de parede fina e a amostra obtida como uma amostra indeformada.
i d ddF−= e uma relação de comprimentos, percentagem de recuperação, Rr
H LRr=
H - comprimento cravado do amostrador L - comprimento da amostra
Para minimizar a perturbação estrutural do solo, a parede do tubo não deve ser grossa, não devendo também ser multo fina, para que, não ocorra flambagem ou amassamento do tubo durante a sua cravação. Para satisfazer a estas exigências têm-se usado uma relação de áreas com valor inferior a 10.
Quando o tubo é cravado no solo, a amostra cortada sofre um alívio de tensões e há uma tendência a expansão, e com isto, se desenvolverá um atrito entre parede interna e amostra. Para que este atrito seja diminuído deve-se ter um diâmetro de ponta menor do que o diâmetro interno, definido pela variação da folga interna entre l e 3%; outra vantagem do diâmetro de ponta ser menor do que o interno aparece na retirada do tubo, quando parte da amostra fica apoiada sobre o anel desenvolvido pela ponta. Outra restrição importante é quanto ao valor do ângulo α, que deverá ser pequeno a fim de se evitar o amolgamento do solo situado abaixo da ponta do tubo.
A relação de áreas e a folga interna definem as características que um tubo deve ter para que este possa ser considerado um amostrador de parede fina e utilizado na extração de amostra indeformada.
O comprimento da amostra obtida, nem sempre será igual ao comprimento cravado do amostrador, sendo a situação mais comum a da amostra