Prospecção Geotécnica de solos

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Curso: Arquitetura e Urbanismo
Prospecção Geotécnica de Solos 
Prospecção Geotécnica de solos
É um conjunto de operações com vista a averiguar a constituição, características mecânicas e outras propriedades do solo e do substrato do ou dos locais de interesse para um dado trabalho de engenharia. Geralmente dividida entre preliminar, complementar e localizada.
Prospecção preliminar é a investigação que deve fornecer dados suficientes para permitir: Localização das principais estruturas e estimativa de custo; viabilidade técnica e economia na obra; espessura e dimensões das camadas que serão solicitadas, com os devidos detalhes; as áreas de empréstimo e o volume de cada um delas; retirada de amostras do terreno de fundação e de áreas de empréstimo, para estudo do comportamento dos solos; mapeamento geológico da região, com traçado de seções nas direções principais do projeto.
Prospecção complementar são investigações adicionais: Retirada de amostras de grande diâmetro; ensaios in situ; abertura de poços ou túneis.
Prospecção localizada é o tipo que deve ser feito quando uma estrutura não pode ser projetada ou o comportamento do solo ainda não pode ser avaliado.
Classificação dos métodos de investigação geotécnica 
1. Direta: São as operações a observar diretamente o solo, colhendo amostras ao longo de uma perfuração.
Vantagens: Permite o reconhecimento do solo por meio de amostras, a partir de furos no próprio terreno; as amostras deformadas fornecerão subsídios para exame visual e tátil das camadas, podendo ser executados ensaios de teor umidade, limites de consistência, granulométrica, etc; delimita as camadas do subsolo, indica a posição do lençol freático; informações sobre a consistência das argilas e compacidade das areias.
Desvantagens: Possuem o grande inconveniente de fornecer uma visão limitada, visto que a prospecção do subsolo é pontual.
Métodos Diretos
1.1. Poços: escavação vertical de seção circular ou quadrada, com dimensões mínimas para permitir acesso de observador, para descrição das camadas de solos e rochas e coleta de amostras. A abertura em rochas é feita com furos de martelete ou explosivos.
1.2. Trincheiras: com menor profundidade com relação aos poços, permite uma seção continua horizontal.
1.3. Galerias: seções horizontais em subsuperfície. Limitadas a rochas ou solos muito consistentes.
Normatização: NBR 9604/86: Abertura de poço trincheira de inspeção em solo, retirada de amostras deformadas e indeformadas.
2. Indireta: A propriedade do subsolo é feita indiretamente, pela resistividade elétrica ou velocidade de propagação das ondas sonoras, podendo se determinar a espessura e o nível da água. São rápidos e econômicos principalmente em obras de grande porte (aterros, pontes, barragens...). Geralmente detectam a presença de blocos de rocha ou cavidades subterrâneas.
Vantagens: Seu emprego reduz a execução de outros ensaios, facilitando o planejamento e a execução de furos de sondagens e reduzindo custos; rapidez na execução e baixo custo; satisfatório na determinação da profundidade das rochas; localiza irregularidades no subsolo; detecta a existência e localização do nível d’água.
Desvantagens: Requer mão de obra qualificada; requer equipe de excelência na interpretação dos resultados; são mais indicados para áreas de grande extensão, como as estradas; não são retiradas amostras nem fornecidas indicações quanto ao tipo de solo.
Métodos Indiretos
Sensoriamento remoto: Fotos áreas e imagens de orbitais 
Geofísicos: Permite determinar a distribuição em profundidade de parâmetros físicos dos terrenos.
2.1 . Geoelétricos:
- Eletro resistividade; Polarização induzida; Potencial espontâneo; Eletromagnéticos.
2.2 . Sísmicos:
- Refração; Reflexão; crosshole e tomografia; perfilagem sísmica continua, sonografia e ecobatimetria.
2.3 . Potenciais:
- Magnetometria; gravimétrica; 
3. Semi-direta: Fornece informações sobre a natureza dos solos, sem possibilitar a coleta de amostras. Foram desenvolvidos devido à dificuldade na execução da amostragem de alguns solos, como areias puras ou submersas e argilas sensíveis e muito moles. 
Vantagens: Minimiza as perturbações causadas pela variação do estado de tensões e distorções na amostragem, pois é realizado in situ; evita choques e vibrações durante o transporte e manuseio das amostras; permite uma medida mais realística das condições físicas de uma formação.
Sondagem e equipamentos
Soldagens a trado: Concha metálica dupla ou espiral que ao perfurar o solo guarda em seu interior o material escavado. Normatização: NBR 9603/88
Equipamento: hastes de ferro ou aço roscáveis, cruzeta para aplicação do torque e brocas.
Trados manuais: cavadeira, torcido, helicoidal, concha. Limitados a presença de pedregulhos, pedras ou matacões, para solos abaixo do NA e areais muito compactas. Pode atingir ate 15m, dependendo da compacidade e consistência dos solos.
Trados mecanizados: (motor a gasolina) permitem furos de maior diâmetro, atingir maiores profundidades e atravessar solos mais compactos e mais rijos.
Soldagens a percussão com circulação de água: Método para investigação dos solos em que o terreno é perfurado através do golpeamento do fundo do furo com peças de aço cortantes. O processo de circulação de água facilita o corte e trás ate a superfície o material desagregado.
SPT (Standard Penetration Test) NBR: 6484/97 e NBR 6502: Mede-se a resistência de uma camada de solo de um metro medindo o numero de golpes com um martelo que é necessário para penetrar trinta centímetros, o que chamamos de N SPT.
Vantagens: Custo relativamente baixo; Facilidade de excussão e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso; Permite descrever o subsolo em profundidade e a coleta de amostras; Fornece um índice de resistência a penetração correlacionável com a compacidade ou a consistência dos solos; Possibilita a determinação do nível freático (com ressalvas)
Equipamentos: Tripé com sarrilho, roldana e cabo; tubos de revestimento; hastes de aço roscável; martelo cilindrico ou prismático com coxim de madeira para cravação das hastes e tubos de revestimento (peso = 65kg); amostrador padrão bipartido, dotado de dois orifícios laterais para saída de água e ar; trépano (peça de aço bi selada para avanço por lavagem); trados (para perfuração inicial)
Esquema de soldagem a percussão SPT
Equipamento de soldagem a percussão com circulação de água
Sondagem a percussão com torque (SPT-T): Técnica para identificar as condições do solo do terreno de uma obra, é efetuada após cada ensaio SPT, tem a finalidade de fazer com que o processo de verificação de leitura seja mais fácil, fornecendo informações sobre o solo através de amostras extraídas. 
Vantagens: Custo benefício vantajoso; velocidade; alta precisão; reconhecimento das camadas do subsolo; categorização visual de cada camada; identificação da resistência do solo em relação a carga em diversas profundidades. 
Equipamentos: Utilizam os mesmo equipamentos da sondagem a percussão com adição de: Torquímetro (com capacidade mínima de 50 kgf.m); chave soquete; disco centralizador; pino adaptador.
Sondagem Rotativa (SR): Perfurar e reconhecer os solos e rochas que compõem as camadas do subsolo de um determinado terreno. A amostra da rocha obtida é chamada de testemunho.
A sondagem mista (SM) é a conjugação do processo (SPT) a percussão e rotativo (PR) 
Vantagens: Permite a classificação e caracterização de perfis rochosos; o ensaio penetra grandes profundidades; pode ser executado com ângulo de inclinação; permite execução do ensaio de perda de água em maciços rochosos; permite a retirada de amostras da rocha durante toda a perfuração; executado com equipamentos de fácil utilização.
Equipamentos: tripé; barriletes; sonda rotativa; bomba de água; hastes; coroas; luvas alargadoras (calibradores); tubos de revestimento.
Sondagem com cone penetrometro (CPT - CPTU): De acordo com a norma NBR 12069 MB 3406, o objetivo desse método é a determinação da resistência do solo à penetração estática e continua ou incrementalde uma ponteira padronizada, caracterizada em componentes de resistência de ponta de atrito lateral local.
Vantagens: minimiza as perturbações no solo (variação no estado de tensões, choques e vibrações; as características do solo são obtidas por correlações; representa melhor o comportamento de estacas de fundação; independe do operador.
Equipamentos: Hidráulico acoplado a um caminhão; cone com ponteira elétrica ou mecânica.
Amostragem: Durante a amostragem, é obtido o índice de resistência à penetração do solo e ele indica o estado do solo (consistência e compacidade). As amostras dos solos podem ser divididas em três tipos:
1. Amostras não representativa: No processo de extração a perda ou troca de constituintes minerais, alem de modificações no solo. Não servem para ensaios laboratoriais, mas apenas para a identificação expedida. Incluem-se entre elas as amostras lavadas, colhidas durante o processo de perfuração por circulação de água nas sondagens à percussão (SPT).
2. Amostras representativas ou amolgadas: No processo de extração são preservados os constituintes minerais, porem perde sua estrutura devido à extração. Estas amostras se prestam para os ensaios onde não é importante a preservação da estrutura do solo como, por exemplo, os ensaios de caracterização.
3. Amostras indeformadas: São amostras que alem de representativa preservam ao máximo a estrutura do solo. É mantido o peso especifico aparente e umidade natural do solo. São extraídas com amostradores e cuidados especiais no seu manuseio e transporte. Em geral, o custo do processo de obtenção é caro e só é justificado quando há necessidade de realização de ensaios mecânicos de resistência.
Formas de apresentação dos resultados:
Tabelas, gráficos e diagramas. Exemplos:
Resultados de soldagem SPT
Ensaios de penetração CPT
Ensaios de penetração CPTU
Aplicação de prospecção na engenharia civil: 
As investigações geotécnicas são essenciais em qualquer obra de engenharia civil, pois o solo é um dos componentes mais importantes em uma obra, sendo o responsável por dar suporte às construções. Estas investigações feitas tanto no campo como no laboratório, possibilita compreender os fenômenos geológicos de formação da crosta terrestre e solucionar os problemas para a aplicação de um bom projeto, alem disso são necessários estudos, cálculos, desenhos, especificações e relatórios para elaborá-lo.
A geotécnica estuda o comportamento dos solos e das rochas em relação as ações do homem. Sua aplicação é importante em inúmeras situações, por exemplo, prevenção de desabamentos, desmoronamentos, deslizamentos e problemas estruturais em edificações. 
A fundação demanda projetos geotécnicos para seu dimensionamento e sua correta execução, é a forma de evitar riscos as populações alem de, uma fundação mal projetada coloca o investimento no empreendimento em risco.
Um projeto geotécnico deve ter: plantas de localização das obras de terra, cortes e seções do terreno, detalhes de projeto das obras de terra, orientações para execução do projeto, memória justifica e memória de calculo. 
Principais tipos de projetos geotécnicos: Segundo a ABNT, um projeto geotécnico consiste na orientação dos seguintes serviços, escavações a céu aberto; aterros; fundações de estruturas; escoramentos e arrimos; drenagem, esgotamento e rebaixamento; estruturas enterradas; túneis em rocha e solo; barragens e estruturas anexas; pavimentos; estabilização de taludes naturais e desempenho de obras.
Campos de aplicação de prospecção: Levantamentos de dados gerais, cartografia, geologia, pedagogia, geomorfologia, hidrologia, hidrografia, geotécnica, reconhecimento topográfico, reconhecimento geotécnico, prospecção geofísica, sondagens mecânicas e ensaios in situ (laboratórios).