FUNDAÇÕES - ESTUDO DIRIGIDO

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ESTUDO DIRIGIDO FUNDAÇÕES: ENSAIOS
1- PARA CADA ENSAIO DESCRITO ABAIXO RESPONDA AS QUESTÕES 1,2 E 3.
1. Discuta o processo e detalhes executivos, as informações fornecidas, a definição do índice de cada ensaio e os cuidados necessários para execução do ensaio. 
2. Elenque as 4 (quatro) mais importantes informações fornecidas por essas sondagens explicando os motivos pela ótica da Engenharia de Fundações. 
3. Indique como as propriedades mecânicas do solo (resistência, rigidez e deformabilidade) podem ser correlacionadas com o índice em cada ensaio. Indique algumas correlações.
1.1 - STANDARD PENETRATION TEST (SPT)
É a técnica de investigação geotécnica mais popular, devido ao baixo custo e à simplicidade do equipamento. É executado no transcorrer da sondagem a percussão com o propósito de se obterem índices de resistência à penetração do solo, além de possibilitar em uma única operação:
· A retirada de amostras;
· A determinação do nível de água;
· A medida de resistência à penetração, que pode ser correlacionado com métodos semi-empíricos de projeto.
Sondagem a percussão(SPT)
Para cravar o amostrador, é usado o impacto de uma massa metálica de 65 Kg, denominada martelo, caindo em queda livre de 75 cm de altura sobre um ressalto situado na parte superior do hasteamento a ele conectado. O resultado do ensaio SPT corresponde à quantidade de golpes necessária para fazer penetrar, no fundo do furo, o barrilete amostrador nos seus últimos 30 cm. São feitas anotações da penetração do barrilete em centímetros, quando o martelo é simplesmente apoiado ou golpeado sobre o ressalto. A medida correspondente à penetração obtida por simples apoio ou zero de golpes pode ser expressiva em solos moles. Na penetração, por batida do martelo, é contado o número de golpes aplicados para a penetração de cada terça parte (aproximada) dos 45 cm do barrilete amostrador. Em cada teste, deve ser feita a penetração total dos 45 cm do barrilete ou até que a penetração seja inferior a 5 cm após 10 golpes consecutivos, não se computando os cinco primeiros golpes do ensaio, ou quando o número de golpes alcançar 50 em um mesmo ensaio. A cada SPT, prossegue-se o avanço da sondagem empregando-se o trado (acima do nível de água) ou lavagem (abaixo do nível de água) até a profundidade do novo ensaio.
O resultado do ensaio SPT é apresentado no gráfico que chamamos de perfil geotécnico, geralmente na escala de 1:100, que é feito individualmente para cada furo, devendo vir acompanhado da planta de situação dos furos para uma melhor interpretação.
O perfil geotécnico é um gráfico munido de várias informações, divididas em colunas, em que todas essas colunas então em função da profundidade do solo. A primeira parte do perfil contém as informações sobre o índice de resistência à penetração do solo, o NSPT, em função da profundidade. A segunda parte consta os resultados propriamente ditos, que são os seguintes:
· Nível a que se encontra o lençol freático;
· Classe geológica;
· Perfil geológico;
· Profundidade a que se encontra as diferentes camadas presentes na amostra do terreno;
· Classificação do material presente nas camadas;
· Capacidade de carga do solo.
Caso não se tenha informações sobre a classificação do material presente nas camadas, apenas de posse do índice NSPT é possível fazer uma interpretação das condições do solo. Para os dados abaixo, correlaciona-se o SPT com parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos, ângulo de atrito interno para areias e coesão não drenada para argilas, demonstrando características próprias do solo observado, como a rigidez, resistência e deformabilidade. A tabela abaixo, retirada da ABNT NBR 6484/2001, faz uma síntese da classificação em função do índice de resistência.
1.2 - STANDARD PENETRATION TEST TORQUE (SPT-T)
A medição do torque no ensaio SPT-T é efetuada após a realização de cada ensaio SPT, remove-se a cabeça batente acoplada às hastes, e acopla-se o disco centralizador ao tubo de revestimento da perfuração, rosqueando-se na sequência o pino adaptador na luva onde anteriormente estava a cabeça de bater. Acopla-se então a chave soquete ao torquímetro e os encaixa no pino adaptador. Em seguida o sondador inicia o movimento de rotação do conjunto acoplado às hastes, usando o torquímetro como braço de alavanca, perfeitamente encaixado e na horizontal, medindo assim o valor máximo obtido na rotação da composição.
As medidas de atrito lateral no amostrador padrão, obtidas pela aplicação de um momento de torção no topo das hastes do ensaio de medida de resistência a penetração (SPT), dá origem ao ensaio SPTF (Standard Penetration Test with Friction measurement) também conhecido como SPT-T.
Um esquema do ensaio é ilustrado e sua interpretação, definida pela equação abaixo, permite a determinação do atrito ou adesão amostrador-solo.
Onde: 
· Ft = atrito lateral ou adesão (kg/cm2); 
· T = torque kgf·cm; e h = penetração do amostrador no solo. 
Instalação torquímetro(SPT-T)
Essa medida de atrito lateral (ou torque) pode ser útil na determinação das características físicas do perfil do subsolo.
Os resultados obtidos através das amostras coletadas em uma sondagem SPT-T determinam:
· A natureza do solo em questão;
· As variações das camadas do terreno;
· As profundidades e espessuras de cada camada e tipo de solo encontrado;
· A resistência do solo por camada;
· A existência de lençol freático e qual o nível de água;
· O torque necessário para que a aderência do amostrador cravado seja superada a cada metro de perfuração.
	Tal como o ensaio SPT, o SPT-T correlaciona-se com parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos, ângulo de atrito interno para areias e coesão não drenada para argilas, demonstrando características próprias do solo observado, como a rigidez, resistência e deformabilidade.
1.3 - PENETRAÇÃO DE CONE (CPT)
	O ensaio CPT consiste na cravação estática lenta de um cone mecânico ou elétrico que armazena em um computador os dados a cada 20 cm. O cone alocado nesta bomba hidráulica é penetrado no terreno a uma velocidade de 2 cm por segundo. O próprio equipamento, por ser hidráulico, crava o cone no terreno e funciona como uma prensa. Depois de cravado, ele obtém os dados de forma automática e o próprio sistema captura os índices e faz o registro contínuo desses dados ao longo da profundidade. Esse método de investigação do solo fornece dados para calcular os seguintes parâmetros geotécnicos: 
· Ângulo de atrito efetivo 
· Coeficiente de adensamento  
· Capacidade de rolamento  
· Comportamento do assentamento de uma fundação 
· A resistência de ponta (qc);
· A resistência do atrito lateral (fs);
· A correlação entre os dois (Fr, medida em %) - que permitem a identificação do tipo de solo.
O princípio do ensaio consiste na cravação de uma ponteira cônica (60° de ápice) a uma velocidade constante de 20 mm/s ± 5 mm/s. A seção transversal do cone é, em geral, de 10 cm2, podendo atingir 15 cm2 ou mais para equipamentos mais robustos, de maior capacidade de carga, e 5 cm2 ou menos para condições especiais. Os equipamentos podem ser classificados em três categorias:
a. mecânico: caracterizado pela medida, na superfície, via transferência mecânica das hastes, dos esforços necessários para cravar a ponta cônica qc e do atrito lateral ƒs;
b. elétrico: cuja adaptação de células de carga instrumentadas eletricamente permite a medida de qc e ƒs diretamente na ponteira;
c. piezocone: que, além das medidas elétricas de qc e ƒs, permite a contínua monitoração das pressões neutras u geradas durante o processo de cravação.
O equipamento de cravação consiste de uma estrutura de reação sobre a qual é montado um sistema de aplicação de cargas. Em geral, utilizam-se sistemas hidráulicos para essa finalidade, sendo o pistão acionado por uma bomba hidráulica acoplada a um motor a combustão ou elétrico. O cone que será cravado no solo poderá ter uma ponteira elétrica ou mecânica. O posicionamento da ponteira de cravação deverá estar na vertical, para que o eixo da composição dos tubos externoscoincida com o da aplicação de esforços. Já com a ponteira cravada no solo, a penetração atingirá uma profundidade de 2 cm por segundo. O sistema captura os índices. O valor referente a cada componente de resistência de interesse deverá ser documentado, no mínimo, a cada 20 cm de avanço da ponteira. Quanto à profundidade da ponteira, deverá ser observada e medida a cada novo registro.
Sistema de cravação
Todos os dados do que foi executado durante o ensaio devem ser apresentados. Dessa forma, no relatório deverão constar:
· Descrição dos trabalhos;
· Descrição da aparelhagem;
· Apresentação do resultado de aferição do sistema de medição dos esforços;
· Planta de locação detalhada dos pontos apresentados em escala - contendo dados planialtimétricos e gráfico dos valores de componentes de resistência em função da profundidade e em escala apropriada para ensaio cone (resistência de ponta), para ensaio de cone-atrito (resistência de ponta e atrito lateral local).
Classificações de Compacidade Relativa e Consistência a partir do CPT
1.4 - PENETRAÇÃO DE CONE COM MEDIDA DAS PRESSÕES NEUTRAS (CPT-U)
A cravação do piezocone é feita por perfuratriz hidráulica e os resultados são obtidos em tempo real, transmitidos a um computador em campo. Este sensor é provido de elemento poroso previamente saturado e por meio dele pode-se realizar, conjuntamente ao ensaio CPTu, ensaios de dissipação da pressão neutra, obtendo-se dessa forma propriedades da permeabilidade do solo ensaiado.
Os ensaios CPTu podem ser utilizados para avaliação, através de correlações, de parâmetros como:
· Estratigrafia / perfil geotécnico;
· Coeficiente de adensamento (Ch e Cv);
· Densidade relativa (Dr);
· Resistência não drenada (Su);
· Ângulo de atrito efetivo de areias (Ø);
· História de tensões (tensão de pré-adensamento, OCR);
· Coeficiente de permeabilidade (K).
	O método é capaz de fornecer dados que permitem estimar as propriedades do solo sem a coleta de amostras, resultando em testes rápidos e eficientes. Quando comparado a outros tipos de ensaios, os ensaios de CPTu, apresentam uma performance superior em solos orgânicos e argilosos. Esses tipos de solos costumam estar presentes em regiões de várzea (de deposição de argilas e de matéria orgânica) ou ainda em regiões litorâneas.
Ponteiro do piezocone
1.5 - ENSAIOS GEOFÍSICOS (CROSS HOLE)
O ensaio crosshole, conhecido como ensaio sísmico entre furos, consiste na geração de ondas sísmicas em um furo de sondagem e o seu registro em um ou dois furos adjacentes e pouco espaçados entre si. A fonte e os geofones devem estar posicionados na mesma cota de investigação. As medidas são geralmente realizadas em intervalos regulares de1 metro. 
O objetivo deste ensaio é a captação das ondas transmitidas diretamente entre a fonte e o geofone (evitando-se o registro de ondas refratadas, o que pode falsear os resultados obtidos), para determinar com precisão os valores das velocidades de propagação das ondas P e S no maciço investigado. 
Para ensaios realizados em maciços terrosos geralmente são utilizados espaçamentos entre furos em torno de 3 metros. Os furos devem estar o mais próximo possível da verticalidade, revestidos com tubo de PVC, tamponados na base e com espaço anelar preenchido com calda de cimento.
Esquema ensaio cross-hole
Os resultados obtidos permitem calcular os módulos de elasticidade das rochas, para serem utilizados no planejamento de fundações em projetos de engenharia.
2 - PARA CADA ENSAIO DESCRITO ABAIXO RESPONDA AS QUESTÕES 1 E 2.
1. Discuta o processo e detalhes executivo, as informações fornecidas, a definição do índice de cada prova de carga e as formas de execução do ensaio.
2. Elenque as mais importantes informações fornecidas por esses ensaios explicando os motivos pela ótica da Engenharia de Fundações.
2.1 - PROVA DE CARGA SOBRE PLACA
	O ensaio de placa, é um processo que visa fornecer, por via direta, as resistências e características de deformação do terreno a uma determinada profundidade. O ensaio é realizado pelo carregamento de uma placa contra o terreno, através de macacos reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio são registradas as cargas aplicadas x deformações do solo.
	No ensaio de placa são utilizados os seguintes equipamentos:
· Placa rígida – para distribuição da carga aplicada de maneira uniforme sobre o terreno (a área da placa deve ser de no mínimo 0,5m2);
· Macaco hidráulico – para aplicação de carga;
· Bomba elétrica ou manual – para alimentação do cilindro hidráulico (macaco);
· Sistema de reação – o sistema de reação pode ser um caixão carregado (ou plataforma carregada, ou cargueira); estruturas fixadas ao terreno por meio de elementos tracionados; a própria estrutura; um caminhão, trator, ou guindaste disponível na obra;
· Relógios comparadores (deflectômetros) e/ou transdutores de deslocamentos – para medidas de recalque. Os deflectômetros devem permitir leituras diretas de 0,01mm;
· Manômetros e/ou Células de carga – para medida da carga aplicada pelo macaco;
Plataforma carregada - cargueira
	Para a execução da prova de carga deve-se observar o seguinte processo:
· A carga deve ser aplicada à placa em estágios sucessivos de modo a corresponder a no máximo 20% da taxa (tensão) admissível provável do solo;
· Em cada estágio de carga, os recalques serão lidos imediatamente após a aplicação desta carga e após intervalos de tempo sucessivamente dobrados (1, 2, 4, 8, 15minutos, etc.). Só será aplicado novo acréscimo de carga depois de verificada a estabilização dos recalques (com tolerância máxima de 5% do recalque total neste estágio, entre leituras sucessivas);
· O ensaio deve ser levado até pelo menos observar-se um recalque total de 25mm ou até atingir-se o dobro da taxa admitida par ao solo;
· A carga máxima alcançada no ensaio, caso não se vá até a ruptura, deve ser mantida pelo menos durante 12h;
· A descarga deve ser feita em estágios sucessivos, não superiores a 25% da carga total, lendo-se os recalques de maneira idêntica à do carregamento e mantendo-se cada estágio até a estabilização dos recalques, dentro da precisão admitida;
	Como resultados do ensaio será apresentada uma curva pressão-recalque onde figuram as observações feitas no início e fim de cada estágio de carga, com indicação dos tempos decorridos. Em anexo à curva de resultados serão fornecidas as seguintes informações: Dia e hora do início e fim da prova; Situação do local da prova no terreno e cota da superfície carregada em relação a um RN bem determinado; Corte do poço de prova com indicação de dimensões e natureza do terreno até pelo menos uma vez e meia a menor dimensão da placa abaixo da superfície de carga; Referência aos dispositivos de carga e de medida; Ocorrências excepcionais durante a carga, por exemplo: perturbação nos dispositivos de carga e de medida, modificações na superfície do terreno adjacente à prova, etc.
2.2 - PROVA DE CARGA ESTÁTICA EM ESTACAS
	A prova de carga consiste, basicamente, em aplicar esforços estáticos à estaca e registrar os deslocamentos correspondentes, podendo ser esforços axiais, de tração, compressão ou transversais.
	A fase de planejamento de uma prova de carga inclui a definição das cargas e a quantidade de provas. A norma NBR-6122:2010 recomenda usar fator de segurança de 2,0 para a determinação da carga admissível, sem prova de carga, sendo a resistência calculada por método semiempírico. Já o fator de segurança de 1,6 pode ser utilizado para determinação da carga admissível, com prova de carga prévia, desde que:
· As provas de carga sejam estáticas;
· Especificadas na fase de projeto e executadas no início da obra;
· Sejam levadas até, no mínimo, duas vezes a carga admissível prevista em projeto.
Com as cargas e quantidades de provas de carga definidas, seguem-se os procedimentos da NBR-12131:2006 – Estacas – Prova de Carga – Método de Ensaio para sua execução, que tem como princípio aplicar esforços estáticos à estaca e registrar os deslocamentos correspondentes.
Esquema geral do sistemautilizado nas provas de carga
A interpretação dos resultados deve ser feita por um engenheiro consultor de geotecnia baseado na NBR-6122:2010, considerando a curva carga-deslocamento, tanto em relação a recalques admissíveis pela estrutura como em relação à capacidade de carga da estaca, e em duas situações:
· Capacidade de carga definida quando ocorrer rotura nítida, caracterizada por deformações contínuas sem novos acréscimos de cargas;
· Quando não acorrer rotura nítida, seja por limite da reação ou por recalques elevados sem configurar rotura, extrapolar a curva carga-recalque para avaliar a carga de ruptura por um critério baseado na engenharia geotécnica.
Inicialmente deve ser considerado que as cargas envolvidas são elevadas, não só na estaca a ser ensaiada, mas também em todos os elementos da reação. Por outro lado, as medições envolvem grandezas muito pequenas, sensíveis a efeitos externos e desequilíbrios na montagem.
Nas primeiras provas de carga com tirantes, a instalação do macaco era feita diretamente sobre a estaca e os tirantes fixados no topo da viga ou carapaça superior. Nesta situação, ainda utilizada hoje para cargas moderadas, o sistema fica vulnerável à perda de horizontalidade pelos eventuais alongamentos diferenciados dos tirantes. Outra opção é a de adotar macacos atuando diretamente em cada tirante, instalados na parte superior da viga ou carapaça, com circuitos hidráulicos interligados a macacos opostos. Esta configuração permite uma compensação dos alongamentos diferenciais dos tirantes pelo deslocamento dos êmbolos, que garantem a mesma carga nos tirantes e conferem maior segurança ao ensaio.
A montagem da prova de carga deve ser feita com uma visão ampla, considerando prioritário o ponto de aplicação da carga, sua direção e influências externas. Qualquer alteração nestes pontos é preocupante, tanto na segurança como no resultado do ensaio.
Outra recomendação é feita com relação à instalação do sistema de medição. Com as leituras (um manômetro e quatro extensômetros) sendo feitas visualmente, os instrumentos devem ter fácil leitura, evitando movimentações do operador. O operador deve utilizar preferencialmente equipamentos com leitura digital, pois são mais fáceis de serem visualizados em maior distância. Caso a leitura não possa ser feita no tempo inicialmente previsto, deve fazê-lo assim que possível e anotar o tempo real da leitura.
Para medidas de deslocamentos de pequenas grandezas é fundamental que o ambiente do ensaio não seja influenciado por vibrações. Assim, durante a prova de carga, não podem atuar bate-estacas, haver trânsito de caminhões e operação de compressores e outros equipamentos que produzam vibrações. A obra deve estar parada, e para que isso aconteça, é adequado que sejam feitos os ensaios no fim de semana ou antes do início de uma obra.
2.3 - ENSAIO DE CARREGAMENTO DINÂMICO
	É um ensaio que objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca, em uma seção situada pelo menos duas vezes o diâmetro abaixo do topo da mesma. O sinal dos sensores é enviado por cabo ao equipamento PDA, que armazena e processa os resultados.
Sensores da prova de carga dinâmica
	Além de obter a capacidade de ruptura do solo, obter dados das tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca durante os golpes, da flexão sofrida pela estaca durante o golpe, da integridade da estaca (com localização do eventual dano e estimativa de sua intensidade), da energia efetivamente transferida para a estaca (permitindo estimar a eficiência do sistema de cravação) e do deslocamento máximo da estaca durante o golpe.
Uma estaca é golpeada por um martelo, ondas resultantes do impacto se propagam ao longo da mesma. Em estacas de concreto, essas ondas viajam a 3.500m/s. À medida que as ondas percorrem a estaca, sua intensidade gradualmente se modifica, pois é necessário consumir a energia do impacto para que a estaca supere a resistência do solo do atrito lateral e de ponta e penetre no terreno. 
Detalhe do martelo sobre o bloco de coroamento da estaca.
Utilizando-se uma instrumentação adequada, é possível medir a intensidade das ondas de impacto do martelo, e as alterações que as mesmas sofrem devido à resistência do solo. Os sinais são monitorados e armazenados através do equipamento denominado PDA – Pile Driving Analyzer.
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https://www.geomec.com.br/servicos/ensaios-de-integridade-fisica/ensaio-cross-hole/