TEG - Métodos_de_Investigação_Geológica (versão final)

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE POTIGUAR – UNP
ESCOLA DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS MOSSORÓ-RN
ANTÔNIO ERISTON MUNIZ SILVA
ERICK DEMISTECLES. B. DE VASCONCELOS
FERNANDO CESAR PIMENTA DIÓGENES
FRANCISCO DJALMA JORGE BARBOSA
FRANSUELDO MOREIRA FILGUEIRA FILHO
LDREVANDO SILVEIRA DANTAS
WILLAMY WAGNER SALES ANTUNES
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICA
MOSSORÓ - RN
2015
ANTÔNIO ERISTON MUNIZ SILVA
ERICK DEMISTECLES. B. DE VASCONCELOS
FERNANDO CESAR PIMENTA DIÓGENES
FRANCISCO DJALMA JORGE BARBOSA
FRANSUELDO MOREIRA FILGUEIRA FILHO
LDREVANDO SILVEIRA DANTAS
WILLAMY WAGNER SALES ANTUNES
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICA
Trabalho apresentado à disciplina de Estudos Geotécnicos, ministrada pela professora D. Sc. Adriana Araújo Diniz, como requisito para composição de nota da 2ª (segunda) unidade. 
MOSSORÓ - RN
2015
SUMÁRIO
5CAPITULO 01 – métodos de investigação geológica	�
51	introdução	�
52	desenvolvimento	�
52.1	MÉTODOS DE PROSPECÇÃO	�
62.1.1	Sondagens a trado	�
62.1.2	Poços de instalação em solos e galerias	�
72.1.3	Sondagem a percussão com circulação de água	�
92.1.4	Sondagem rotativa	�
102.1.5	Método da resistividade elétrica	�
112.1.6	Método de refração sísmica	�
122.1.7	Ground penetration radar (GPR)	�
133	considerações finais	�
144	conclusão	�
145	referências bibliográficas	�
�
�
CAPITULO 01 – métodos de investigação geológica
introdução
Maciel Filho e Nummer (2011) definem métodos de prospecção geológica de subsuperfície como procedimentos técnicos que consistem basicamente em fazer a descrição dos solos e rochas encontrados no subsolo de um terreno. Os mesmos afirmam que existem vários métodos, porem, aqueles aplicados na Geologia de Engenharia ficam reduzidos a um número pequeno e limitado.
Esses métodos podem ser divididos em diretos e indiretos. Nos diretos, o pesquisador tem contato com o material a ser analisado, o que permite, normalmente, a retirada de amostras. Já os indiretos, fornecem valores de propriedades físicas, que são interpretadas devidamente e assim permitem diagnosticar a posição e algumas propriedades de interesse geotécnico dos corpos rochosos e maciços de solo (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011). Os mesmos ressaltam que a importância de se conhecer os métodos a serem solicitados e empregados no estudo de solos está ligada, basicamente, à avaliação do que cada método pode fornecer.
Um estudo de mapas geológicos e memórias, se disponíveis, deve dar uma indicação das condições prováveis do solo no local em questão. Se o local for amplo e se nenhuma informação existente estiver disponível, o uso de fotografias aéreas pode ser útil para identificar as características de interesse geológico (CRAIG, 2012, p. 304).
O objetivo desse trabalho é apresentar aos nossos colegas acadêmicos do curso de Engenharia Civil, os principais métodos de investigação do subsolo aplicados a Geologia de Engenharia citando os equipamentos utilizados nos processos, normas regulamentadoras, sua importância, vantagens e desvantagens.
desenvolvimento
mÉtodos de prospecção
Maciel Filho e Nummer (2011) corroboram que os métodos diretos mais utilizados em Geologia de Engenharia são a sondagens a trato, poços de inspeção, galerias, sondagens à percussão, sondagens rotativas e sondagens usando a técnica de perfuração a rotopercussão. Já os métodos indiretos ou métodos geofísicos, são os de resistividade elétrica, refração sísmica e o Ground Penetration Radar (GPR). Em alguns casos, o método gravimétrico também é utilizado quando há possibilidade de existir no terreno cavernas encobertas.
Craig (2012) afirma que os métodos geofísicos podem ser uteis na investigação do terreno no estágio de reconhecimento. Todavia, os métodos não são apropriados para todas as condições do terreno e há limitações para informação que pode ser obtida através de métodos complementares. Ressalta também da importância de comparar os resultados com os dados obtidos por métodos diretos, como as sondagens.
Sondagens a Trado
Segundo Maciel Filho e Nummer (2011), é um método de fácil execução e baixo custo que utiliza como equipamento o trato, um tipo de amostrador de solo constituído por lâminas cortantes espiraladas ou convexas. Podem atingir até 15 metros de profundidade permitindo a coleta apenas amostras deformadas, as quais são coletadas a cada metro, quando o material for homogêneo, ou toda vez que houver mudança de tipo de material. Para ensaios geotécnicos, coletam-se 100 gramas em recipiente hermético e cerca de 14 kg em sacos. Dentre outras funções, elas permitem medir também o nível da água. O processo é regulamentado pela NBR 9603. 
Poço de Instalação em Solos e Galerias
Poço de inspeção é uma escavação vertical de secção circular ou quadrada, com dimensões mínimas suficientes para permitir o acesso de um observador, visando à observação das paredes e fundo, bem como à retirada de amostras deformadas e indeformadas podendo atingir até 20 metros de profundidade. Já a galeria é uma escavação horizontal com as mesmas características dos poços de inspeção sendo mais apropriadas para rochas ou solos muito consistentes. O processo é regulamentado pela NBR 9604 (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011).
Sondagem a Percussão com Circulação de Água
Segundo Maciel Filho e Nummer (2011), é um método para prospecção de solos utilizado tanto para a obtenção de amostras deformadas como de índices de resistência a penetração. Podem atingir até 40 metros de profundidade e permite a execução do ensaio de penetração padronizado (SPT), ensaio de lavagem por tempo e ensaios de permeabilidade.
O SPT (Standart Penetration Test) é um ensaio executado durante uma sondagem à percussão com o propósito de se obter índices de resistência à penetração no solo. O número (N) corresponde ao número de bateladas de um martelo de 65 kg, caindo em queda livre de uma altura de 75 cm necessário à penetração de 30 cm do amostrador padrão (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011). 
As sondagens devem ser, no mínimo, de 01 (uma) para cada 200 m² de área da projeção em planta da edificação até 1200 m² de área. Entre 1200 m² e 2400 m², deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m². Acima de 2400 m² o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o plano particular da construção, considerando, em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens, sendo: 02 (duas) para área de 200 m² e 03 (três) para área entre 200 m² e 400 m². Nos casos em que não houver ainda a disposição em planta das edificações, como nos estudos de viabilidade ou de escolha de local, o número de sondagens será fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um mínimo de três sondagens (NBR 8036, 1983). 
Para Maciel Filho e Nummer (2011), a realização da sondagem será interrompida quando o barrilete obtiver penetração inferior a 05 cm depois de 10 golpes consecutivos, não se computando os 05 primeiros golpes, ou quando o valor do SPT ultrapassar 50 em um mesmo ensaio. Ressaltam também que, com a abertura dos furos, ensaios complementares como o ensaio de lavagem por tempo, utilizado para avaliar a penetrabilidade do solo ao avanço do trepano de lavagem; Ensaio de penetração estática, utilizado para solos moles, e o ensaio de molinete (vane test), utilizado para indicar a resistência ao cisalhamento do solo por meio do ângulo de giro e a força necessária para o movimento de torção, são fundamentais para refinar os resultados das sondagens. A figura 1.1 apresenta o perfil geotécnico de um furo por SPT.
Figura 1.1 – Perfil Geotécnico (SPT)
Fonte: Ebah – Perfil Individual de Sondagem.
As amostras deformadas podem ser obtidas, principalmente, do barrilete amostrador padrão ou, ainda, da lavagem e do baldinho com válvula de pé. Nesta ultima, considera-se que as amostras devem ser examinadas, procurando-se identificá-las,no mínimo, através das seguintes características: granulometria; plasticidade; compacidade; no caso de solos grossos; consistência, no caso de solos finos; cor; origem, no caso de solos residuais, orgânicos e marinhos, ou aterros. Para a compacidade e consistência apresenta-se a tabela 1.1.
Tabela 1.1 – Classificação da compacidade e consistência dos solos pelo índice de resistência à penetração (SPT) segundo a NBR 7250 (ABNT, 1982).
	Solo
	Índice de resistência à penetração
	Designação
	Areia e silte arenoso
	
<= 4
5 a 8
9 a 18
19 a 40
> 40
	
fofa (o)
pouco compacto (o)
medianamente compacta (o)
compacta (o)
muito compacta (o)
	Argila e silte argiloso
	
<= 2
3 a 5
6 a 10
11 a 19
> 19
	
muito forte
mole
média (o)
rija (o)
dura (o)
Fonte: NBR 7250/1982 – Identificação e descrição de amostras de solos obtidas em sondagens de simples reconhecimento dos solos.
Sondagem rotativa
Sondagem rotativa é um método de investigação geológico-geotécnica que consiste no uso de um conjunto moto-mecanizado, com a finalidade de obter amostras de materiais rochosos, continuas e com formato cilíndrico, através da ação perfurante dada basicamente por forças de penetração e rotação que, conjugadas, atuam com poder cortante (DEINFRA, IN-07/94, f. 1/9).
“Embora destinado principalmente à investigação em rocha, esse método também é utilizado para solos” (Craig, 2012, p. 309). 
Segundo o mesmo, existem duas formas de sondagem rotativa. A sondagem de furo em tubo ou poço aberto, usada geralmente em solos e rochas fracas e a sondagem com retirada de testemunhos, usada em rochas e argilas duras. O equipamento utilizado consiste em um tripé, uma unidade de força, poder de unidade, um guincho, uma bomba e uma cabeça de perfuração. Havendo necessidade, a depender do tipo de material, uma conexão de cabeça rotativa pode ser fornecida como um acessório ao equipamento de perfuração por percussão.
As sondagens rotativas são identificadas pela sigla SR, acompanhada de número indicativo. Caso haja a necessidade da execução de mais de um furo num mesmo ponto de investigação, os furos subsequentes terão a mesma numeração do primeiro, acrescida das letras A, B, C, etc. (DEINFRA, IN-07/94).
Craig (2012) afirma que a vantagem da sondagem rotativa em solos é que o progresso é mais rápido quando comparada ao outros métodos de prospecção e a perturbação do solo abaixo do furo de sondagem é pequena. Reforça que o método não é indicado se o solo possuir uma porcentagem elevada de partículas com tamanho de areia grossa, ou maiores, considerando que elas tendem a girar abaixo da broca e não são fragmentadas.
Método da resistividade elétrica
“O método baseia-se nas diferenças de resistência elétrica de tipos diferentes de solo (e rochas)” (CRAIG, 2012, p. 319).
Tem seu fundamento no fato de que as variações na condutividade elétrica do subsolo alteram o fluxo da corrente no interior da Terra, o que se traduz em uma variação da distribuição do potencial elétrico. Usualmente, a corrente penetra no terreno através de dois eletrodos e afere-se a queda de potencial entre um segundo par de eletrodos, situado entre os anteriores e alinhado em relação a eles. Com base nos valores de intensidade de corrente injetada ao terreno, da queda de potencial e da separação entre os eletrodos pode-se determinar o valor de uma nova magnitude: a resistividade aparente (ver figura 1.2) (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011). 
Figura 1.2 – Técnica de Sondagem Elétrica Vertical – SEV, Arranjo Shlumberguer
 	 Fonte: TecGeoFísica.
Ainda segundo Maciel Filho e Nummer (2011), a perfilagem de poços ou furos de sondagem por meio da técnica de resistividade elétrica, medindo segundo uma linha vertical, permite importantes determinações, principalmente para estabelecer os limites precisos entre camadas.
Método de refração sísmica
O método de refração sísmica baseia-se no fato de que as ondas sísmicas têm velocidades diferentes em tipos diferentes de solos (ou rocha); além disso, as ondas são refratadas quando cruzam o limite entre dois tipos diferentes de solo. O método permite que os tipos gerais do solo e as oportunidades aproximadas até os limites dos estratos, ou até o substrato rochoso, sejam determinados (CRAIG, 2012, p. 318).
Segundo o mesmo, as ondas são geradas ou pela denotação de explosivos ou pelo golpe de um grande martelo em uma placa do metal. O equipamento utilizado consiste em um ou mais transdutores sensíveis à vibração, geofones, e um dispositivo de medição extremamente exato chamado de sismógrafo. Quando há o impacto, são emitidas ondas em todas as direções (ver figura 1.3).
Figura 1.3 – Sísmica de reflexão.
 Fonte: TecnoPetro BR
Maciel Filho e Nummer (2011) afirmam que a determinação da velocidade de propagação do impulso no solo, é dada pela medida dos intervalos de tempo que transcorrem desde que é gerado o impulso até sua recepção nos geofones colocados em diferentes distâncias. Segundo os mesmos, pode-se relacionar a velocidade de propagação das ondas sísmicas com a resistência que o solo ou rocha oferece à escavação. 
Esse método oferece a vantagem de apresentar resultados bastante confiáveis e uma interpretação relativamente simples. Entretanto, para atingir profundidades maiores de investigação, exige o uso de explosivos, o que torna sua execução sujeita ao controle do Exército, especialistas em explosivos e maiores cuidados. O uso de martelo atinge pequenas profundidades e oferece resultados pouco nítidos. Outra limitação do método é a de não captar a existência de camada de velocidade menor subjacente a outra com velocidade de propagação maior. Geralmente quanto mais profundas as camadas, maiores velocidades de propagação elas possuem. Nestes casos, o método apresenta bons resultados (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011, p. 154).
Ground penetration radar (GPR)
O GPR, ou georadar, é um método indireto fundamentado na reflexão de ondas eletromagnéticas que fornece seções contínuas dos perfis executados, imageando solos e rochas que se encontram no subsolo. O equipamento transmite, através de uma antena, pulsos de ondas de rádio de alta frequência (entre 25 a 2.500 MHz) em profundidade (ver figuras 1.4 e 1.5) (MACIEL FILHO; NUMMER, 2011).
 
Figura 1.4 – Georadar 		 Figura 1.5 - Georadar
 Fonte: UNITRACC. 			Fonte: GrupoUno. 
Ainda segundo Maciel Filho e Nummer (2011) o método de georadar pode ser utilizado nas seguintes investigações: profundidade, espessura e caracterização de solos e rochas; identificação de dutos, galerias e cabos elétricos subterrâneos; localização de resíduos, tanques e tambores enterrados; avaliação de pavimentação de ruas, rodovias, aeroportos e leitos de ferrovias; delimitação de plumas de contaminação; investigação de terrenos calcáreos e canais subterrâneos; identificação de interface água doce/água salgada (cunha salina); estruturas geológicas como fraturas e falhas, entre outros.
considerações finais
	
Segundo Craig (2012), na realização das investigações devem ser obtidas informações que possibilitem a elaboração de um projeto seguro e econômico no sentido de evitar todas as dificuldades que surgem durante a construção de uma edificação. O custo está dentro do intervalo de 0,1 a 2% do custo do projeto e uma investigação depende da posição, do tamanho do local, da natureza dos estratos e do tipo de projeto que está sendo considerado. 
conclusão
Os métodos existentes para investigação geológica utilizados na Geologia de Engenharia são reduzidos. Constata-se que um dos principais objetivos das investigações e mapear a subsuperfície dos solos e rochas para conhecer sua posição, propriedades físicas e mecânicas, com a finalidade de dar condições aos usuários de projetar e planejar sua utilização com segurança. Na Engenharia Civil eles são fundamentais e determinantes para a escolha do tipo de fundação apropriada considerandoas especificidades de cada projeto.
referências bibliográficas
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro: Copyright, 2001. 17 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7250: Identificação e descrição de amostras de solos obtidas em sondagem de simples reconhecimento dos solos. Rio de Janeiro: Copyright, 1982. 3 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8036: Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Rio de Janeiro: Copyright, 1983. 3 p.
CRAIG, Robert F.. CRAIG: Mecânica dos Solos. 7. ed. – [Reimpr.]. Rio de Janeiro: Ltc, 2012. Tradução de: Amir Kurban.
GRUPOUNO INGENIEROS (Perú). Georadar. 2015. Disponível em: <http://www.g1ingenieros.com/ca/paginas/georadar.html>. Acesso em: 09 jun. 2015.
MACIEL FILHO, Carlos Leite; NUMMER, Andréa Valli. Introdução à Geologia de Engenharia. 4. ed. Santa Maria: Ufsm, 2011. 392 p.
SANTA CATARINA (Estado). Constituição (1994). Instrução Normativa nº 7, de 16 de janeiro de 1994. Instrução Normativa Para Execução de Sondagem Rotativa. p. 1-9.
TECNO PETRO BR (Brasil). Sísmica de Reflexão. 2008. Disponível em: <http://tecnopetrobr.blogspot.com.br/2008/11/ssmica-de-reflexo.html>. Acesso em: 09 jun. 2015.
.
TECGEOFISICA (Brasil). A SONDAGEM GEOFÍSICA ELÉTRICA. 2015. Disponível em: <http://www.tecgeofisica.com.br/conteudo/diagnostico.htm>. Acesso em: 09 jun. 2015.
UNITRACC.COM. Geo-radar. 2015. Disponível em: <http://www.unitracc.com/know-how/fachbuecher/rehabilitation-and-maintenance-of-drains-and-sewers/inspection/structural-investigations-en/external-inspection-en/geophysical-subsoil-exploration-en/geo-radar-en>. Acesso em: 09 jun. 2015.