UNIVERSIDADE: __________________
Curso: ____________________
Fundações:
“Métodos de investigação do subsolo”
Aluno:
_____________________________
Professor:
Disciplina:
Professor Douglas Constancio
Fundações I
Data:
Americana, julho de 2005.
RA: __________
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0
CONTEÚDO INTRODUTÓRIO – “REVISÃO”:
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO:
• MÉTODOS INDIRETOS:
1 – SÍSMICA DE REFRAÇÃO:
Baseia-se no tempo de percurso de ondas sonoras em
horizontes de dois tipos de rochas ou solos.
Princípio de funcionamento: V1 < V2 < V3
VELOCIDADE = ESPAÇO
TEMPO
Determina a velocidade de propagação de ondas.
Sismógrafo Portátil
Martelo (7Kg)
Geofone
onda direta
1ª Camada
V-1
V-2
V-3
Superfície do Terreno
onda refratada
2ª Camada
3ª Camada
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1
2 – ELETRORRESISTIVIDADE
O método da eletroresistividade consiste essencialmente em
determinar a diferença de potencial elétrico entre dois
eletrodos centrais chamados de eletrodos de potencial,
conhecendo-se a intensidade de corrente amigada por dois
eletrodos laterais denominados de eletrodos de corrente.
Onde:
0 = centro de arranjo
A; B = eletrodos de corrente
M; N = eletrodos de equipotenciais
M.A. = miliamperímetro
M.V. = milivoltímetro
Tipos de arranjos:
• Wenner
• Schulumberger
ρa = ΔV * K Æ Resistividade aparente
I
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2
Onde:
ΔV = diferença de potencial
I = intensidade de corrente elétrica
K = coeficiente de correção
Nota Importante:
Os métodos indiretos não eliminam a necessidade de
sondagens diretas, devem ser encarados como um auxiliar
eficaz e econômico na resolução de problemas específicos,
permitindo reduzir bastante o número de sondagens diretas,
mais caras e demoradas.
• MÉTODOS DIRETOS:
São aqueles nos quais retiramos amostras de solo ou rocha
para posterior análise em laboratório.
1 – MANUAIS:
• Trado
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3
Limitações do método:
9
9
9
9
9
Retirada de amostras deformadas
Só para caracterização expedita
Encontro do N.A. do subsolo
Desmoronamento das paredes laterais
Só para solos coesivos
• Poço ou Poço de Inspeção
= 1,00 a 1,10 metros
Amostras Indeformadas de Solo
(25x25x25)
Envoltos em gase e parafina para não perder a umidade
(para caracterização tecnológica em labroratório *)
* Ensaios de:
Umidade, granulometria, limite de liquidez, plasticidade, CBR,
proctor, resistência ao cisalhamento, etc.
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4
Limitações do Método:
9 Encontro do N.A. do subsolo
9 Desmoronamento das paredes laterais
9 Só para solos coesivos
• Trincheiras
São basicamente valas a céu aberto escavadas manualmente
nas quais permitem a retirada de amostras indeformadas de
solo para uma caracterização em laboratório, sendo que as
limitações do método são as mesmas do poço de inspeção.
1,0 a 6,0 metros
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• Galeria
São escavações feitas em rocha, podendo o seu desmonte
ser feito a “fogo”, com o objetivo de retirada de amostra
indeformada para uma posterior classificação geotécnica em
laboratório.
2,20
2,20
Limitações do Método:
9 Encontro do N.A.
9 Desmoronamento das paredes
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2 – MECÂNICOS:
• Sondagem à percussão
Trata-se de um método que foi desenvolvido pelo engenheiro
geotécnico KARL TERZAGHI, durante a Segunda Guerra
Mundial para a Força Aérea Americana e tinha como objetivo
avaliar as condições do subsolo para fins de construção de
pista de pouso de aeronaves.
Objetivo do Método:
9 Coleta de amostras semi-deformadas de solo de metro a
metro
9 Resistência do solo In Situ através do S.P.T.
9 Perfil Geotécnico do subsolo
9 Profundidade do N.A. estável (N.A. = Nível d´água)
Equipamentos Principais:
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Tripé
Haste
Revestimento
T de lavagem
Revestimento d´água
Peso de 65 Kg
Trépano ou Broca de Lavagem
Barrilete amostrador padrão
Conjunto moto-bomba
Obs: podem ser vistos nas fotos ilustrativas.
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Mão de Obra:
Para a execução da sondagem é preciso 3 pessoas, ou seja,
2 ajudantes e 1 operador.
Detalhe: Barrilete amostrador padrão
CABEÇA
ORIFÍCIO PARA
CIRCULAÇÃO DE ÁGUA
CORPO
CARACTERÍSTICAS:
- BIPARTIDO
- DIÂMETRO INTERNO = 34,9 mm
- DIÂMETRO EXTERNO = 50,8 mm
BICO
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8
BI-PARTIDO
15 cm
15 cm
1º 15 cm
45 cm
DESPREZA BUCHA
2º 15 cm
45 cm
AMOSTRA
SEMI-DEFORMADA
3º 15 cm
15 cm
AMOSTRA SEMI-DEFROMADA = OS ÚLTIMOS 30 CM
Æ SPT – STANDARD PENETRATION TEST
É o número de golpes necessários para a cravação dos
últimos 30 cm de um barrilete amostrador padrão por um
peso de 65 Kg solto a 75 cm de altura em queda livre.
Exemplo:
Primeiros 15 cm
Æ 4 golpes
Os próximos 15 cm Æ 5 golpes
15 cm finais
Æ 6 golpes
Nº. de golpes para
penetração de 15 cm
Desprezo os primeiros 15 cm (4 golpes)
Uso os últimos 30 cm (5 + 6 golpes)
Portanto SPT = 11 golpes
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Obs: Quando interromper a sondagem?
Alguns dos critérios de parada (DIRETRIZES PARA
EXECUÇÃO DE SONDAGENS – ABGE – Associação
Brasileira de Geologia de Engenharia):
9 Quando encontrarmos o topo rochoso ou matacão de
natureza rochosa.
9 Quando por 3 trechos consecutivos forem necessários
mais de 45 golpes para a cravação de 5,0 cm do
barrilete amostrador padrão.
9 Quando por 30 minutos com o auxílio do trépano ou
broca de lavagem, este penetrar somente 5,0 cm.
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Equipamentos para sondagem a percussão:
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TABELA SEGUNDO VITOR F.B. MELLO:
(Mecânica dos solos – USP – São Carlos)
Argilas Æ Consistência:
MUITO MOLE
MOLE
MÉDIA
RIJA
DURA
SPT
<2
2–5
6 – 10
11 – 19
>19
Areias e siltes Æ Compacidade:
FOFA
POUCO COMPACTA
MEDIANAMENTE COMPACTA
COMPACTA
MUITO COMPACTA
SPT
0–4
5–8
9 – 18
19 – 40
> 40
Quantidade de furos de sondagem a executar por m2 de área
a construir (projeção a construir) – NBR 8036 – Programação
de sondagem de simples reconhecimento dos solos para
fundações de edifícios:
ÁREA – m2
Nº DE FUROS
< 200
2 (evitar menos que 3)
200 – 400
3 (evitar menos que 3)
400 – 600
3 (evitar menos que 3)
600 – 800
4
800 – 1000
5
1000 – 1200
6
1200 – 1600
7
1600 – 2000
8
2000 – 2400
9
> 2400
Á CRITÉRIO DO PROJETISTA
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MODELO DE PERFIL DE SONDAGEM
SPT
PROF.
2
3
N.A.
DESCRIÇÃO DO MATERIAL
ARGILA SILTO ARENOSA, MOLE,
VERMELHA CLARA
2,0
6
13
ARGILA POUCO SILTOSA PLÁSTICA
MÉDIA A DURA VARIEGADA,
VERMELHA CLARA, AMARELA
CLARA
22
(SOLO RESIDUAL)
9
23
7,0
8,00 m
36
ARGILA SILTOSA COM FRAGMENTOS
DE ROCHA DECOMPOSTA, DURA,
VERMELHA CLARA / ESCURA
45
25 / 02
(SOLO SAPROLÍTICO)
36 / 01
I.P.
VERIFICADO
EM 03/03/94
ÀS 16:30 hs
12,0
LIMITE DA SONDAGEM
DADOS TÉCNICOS:
I.P. = IMPENETRÁVEL A PERCUSSÃO
DATA DE VERIFICACÃO DO N.A.
INICIAL: 8,80 m em 03/03/94
FINAL: 8,00 m em 04/03/94
AMOSTRADOR:
Ø INTERNO = 34,90 mm
Ø EXTERNO = 50,80 mm
PESO: 65 Kg
TUBO DE REVESTIMENTO: Ø DE 66,50 mm
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• Ensaios Especiais:
Durante a execução de uma sondagem à percussão,
podemos executar alguns ensaios especiais, sendo que os
principais são os abaixo descritos:
A – Ensaios de Infiltração:
Tem a finalidade de determinar o coeficiente de
permeabilidade do solo (k). Este ensaio é regulamentado pelo
procedimento técnico, publicado pela ABGE, Associação
Brasileira de Geologia de Engenharia, no ano de 1990. Com
a realização deste, podemos avaliar o coeficiente de
permeabilidade largamente utilizado dentro da mecânica dos
solos na aplicação da Lei de Darcy.
A seguir temos um resumo de classificação dos coeficientes e
graus de permeabilidade.*
Lembrete:
Lei de Darcy Æ V = k × I × A
Onde:
V = Vazão
k = Coeficiente de Permeabilidade
A = Área da seção transversal
I = Gradiente Hidráulico
* É a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à
passagem da água através dos seus vazios
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TABELA PARA AVALIAÇÃO DO COEFICIENTE DE
PERMEABILADE (k) SEGUNDO MELLO E TEIXEIRA (1967)
k (cm/s)
SOLO
2
10
PEDREGULHO
10
-2
AREIAS
-4
10
10
-6
10
-8
AREIAS FINAS SILTÓARGILAS
SAS E ARGILOSAS,
SILTES ARGILOSOS
GRAUS DE PERMEABILIDADE SEGUNDO TERZAGHI E
PECK (1967)
GRAU DE PERMEABILIDADE
ALTA
MÉDIA
BAIXA
MUITO BAIXA
PRATICAMENTE IMPERMEÁVEL
k (cm / s)
ACIMA DE 10-1
10-1 A 10-3
10-3 A 10-5
10-5 A 10-7
ABAIXO DE 10-7
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B – S.P.T.T. – Standard
determinação de Torque:
Penetration
Test
com
Em 24 de abril de 1955, foi divulgado pelo engenheiro
STELVIO M. T. RANZINI, a idéia de o esforço despendido
para vencer as tensões no contato face externa do
amostrador e o solo. Em resumo, o objetivo é medir com o
auxílio de um torquímetro o torque existente entre o barrilete
amostrador cravado e o solo (torque = kgf.cm). Portanto este
valor corresponde à resistência lateral e poderá ser utilizado
para se avaliar a carga lateral de estacas neste solo.
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Detalhe do peso de 65 kg sendo
levantado para a verificação do SPT
Detalhe do trépano ou broca de
lavagem, ferramenta utilizada para
executar o avanço da sondagem
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Foto ilustrativa do barrilete amostrador padrão
bi-partido com a amostra semi-deformada do
solo
Foto ilustrativa do engenheiro
geotécnico executando a análise
táctil-visual das amostras semideformadas de solo
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Detalhes: Torquímetro – Modelo: 600 (R) Gedore com ponteiro de arrasto;
Foto ilustrativa da determinação de torque
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• Sondagem Rotativa:
9 Finalidade:
Quando uma sondagem à percussão se torna impenetrável,
passamos a utilizar as ferramentas da sondagem rotativa.
9 Objetivos:
- Obtenção de testemunhos (cilindros de rocha), amostras
indeformadas de rochas
- Identificação das descontinuidades (falhas, fissuras,
fraturas, etc.)
- Ensaios “IN-SITU”:
a-) Perda d´água ou absorção d´água
b-) % de recuperação
c-) % R.Q.D.
- Ensaios mecânicos de laboratório para avaliar a resistência
das rochas
- Caracterização tecnológica do maciço rochoso (alteração,
fraturamento)
- Perfil geológico e geotécnico
9 Equipamentos:
- Motor estacionário
- Caixa de câmbio
- Moto-bomba
- Reservatório de água (capacidade 1000 litros)
- Haste de revestimento
- Barrilete amostrador
- Broca ou Coroa
Obs: Podem ser vistos nas fotos ilustrativas
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GRAUS DE RECUPERAÇÃO DE TESTEMUNHOS
(Para avaliação da qualidade da sondagem)
GRAUS DE
RECUPERAÇÃO
R1
R2
R3
% DE
RECUPERAÇÃO
100 – 90
90 – 75
< 75
QUALIDADE DE
RECUPERÇÃO
BOA
REGULAR
POBRE
GRAUS DE % DE R.Q.D. (Rock Quality Designation)
(Para avaliação da qualidade do maciço rochoso)
Para perfuração em % (Relativo à perfuração com Ø N)
% R.Q.D.
0 – 25
25 – 50
50 – 75
75 – 90
90 – 100
QUALIDADE DO MACIÇO ROCHOSO
MUITO FRACO
FRACO
REGULAR
BOM
EXCELENTE
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DIÂMETROS DE PERFURAÇÃO MAIS UTILIZADOS EM
GEOTECNIA
Ø (SÍMBOLO)
B
N
H
DIMENSÕES (mm)
42,00
54,70
76,20
CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DE TESTEMUNHOS DE
SONDAGEM ROTATIVA PARA ROCHAS ÍGNEAS OU
MAGMÁTICAS E METAMÓRFICAS
GRAU DE
ALTERAÇÃO
ROCHA
CARACTERÍSTICAS
A2
SÃ OU
PRATICAMENTE
SÃ
MEDIAMENTE
ALTERADA
A3
MUITO
ALTERADA
-Macroscopicamente
inexistem
indícios de alteração física ou
química dos minerais
-Não se verifica queda de
resistência original da rocha típica
-Alteração marcante dos minerais,
resultando
em
descoloração
original da rocha
-Diminuição da resistência da
rocha em relação à anterior
-Minerais
alterados
que
mascaram a cor original da rocha
-As bordas dos fragmentos
podem ser abatidas por lâminas
de aço ou quebradas pela
pressão dos dedos
-Com lâmina de aço sulca-se
acentuadamente a superfície do
fragmento
A1
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GRAUS DE FRATURAMENTO
GRAU DE
FATURAMENTO
TERMO
DESCRITIVO
F1
Nº DE
FRATURAMENTO
/ METRO
0a4
F2
5 a 10
F3
11 a 20
MEDIAMENTE
FRATURADA
MUITO FRATURADA
F4
> 20
F5
-
POUCO
FRATURADA
EXTREMAMENTE
FRATURADA
FRAGMENTADA
____________________________________________________________________________________ 33
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____________________________________________________________________________________ 34
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BROCAS OU COROAS
ROSCA EXTERNA
DIAMANTE OU WIDIA (CARBETO DE TUNGSTÊNIO)
FISSURAS PARA CIRCULAÇÃO DE ÁGUA
ROSCA INTERNA
DIAMANTE OU WIDIA
9 Tipos de Perfuração:
1. Sem recuperação de testemunhos. (para fins de
Petróleo)
2. Com recuperação de testemunhos (para geotecnia
e mineração)
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Broca ou coroa com calibrador
Peça com diamante
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Broca ou coroa diamantada
Para recuperação de
testemunhos, do tipo impregnada
(widia + diamante)
Broca ou coroa diamantada
Sem recuperação de
testemunhos, do tipo cravada
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Broca ou coroa diamantada
Broca ou coroa com
calibrador de widia
(carbeto de tungstênio)
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• Ensaios Especiais “IN SITU”:
São ensaios desenvolvidos durante a execução da sondagem
e possuem várias finalidades como descrevemos abaixo:
9 Perda de água ou absorção de água:
Tem como objetivo, avaliar a quantidade de descontinuidades
que a rocha possui, para uma posterior solidificação das
mesmas com uma injeção de nata de cimento na proporção
de 1 : 1.
MANÔMETRO
ÁGUA SOB PRESSÃO
SUPERFÍCIE
OBTURADOR
COMPRIMENTO
DE
MANOBRA
FISSURAS OU FRATURAS
OBS: A água injetada sob pressão
infiltra nas fissuras ou fraturas
ABSORÇÃO OU PERDA DE ÁGUA =
= LITROS (QUANTIDADE DE ÁGUA INJETADA) = LUGEON
COMPRIMENTO DE MANOBRA x TEMPO x PRESSÃO
↓
Kgf/cm2
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9 % R.Q.D.:
% DE RECUPERAÇÃO - % R.Q.D.
% RECUPERAÇÃO = Avaliação da quantidade da sondagem
% R.Q.D. = Avaliação do maciço rochoso
Exemplo:
% RECUPERAÇÃO
% REC = ∑ TOTAL DOS TESTEMUNHOS x 100
COMPRIMENTO DE MANOBRA
% R.Q.D.: (Rock Quality Designation)
% R.Q.D. = ∑ DOS TESTEMUNHOS ≥ 10 cm x 100
COMPRIMENTO DE MANOBRA
% REC = 0,10+0,05+0,40+0,03+0,02+0,09+0,08+0,16 x 100
1,50
% REC = 0,93 x 100 = 62 %
1,50
% R.Q.D. = 0,10+0,40+0,16 x 100
1,50
% R.Q.D. = 0,66 x 100 = 44 %
1,50
____________________________________________________________________________________ 40
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