FUNDAÇÕES IFUNDAÇÕES I

AULA 02:

INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS

SONDAGEM GEOTÉCNICA

Para fins de investigação geotécnica do subsolo, as estruturas podem ser divididas em três categorias:

- Estruturas para as quais o problema básico é a interação com o solo adjacente. Tais estruturas incluem muros de arrimo, estacas prancha, túneis e condutos enterrados, sendo o principal interesse o conhecimento das características carga-deflexão da superfície de contato.

- Estruturas tais como, aterros rodoviários, barragens de terra e enrocamento, bases e sub-bases de pavimentos e aterros atrás de muros de arrimo, onde além da interação da estrutura de terra com o terreno adjacente, as propriedades dos materiais usados na construção são necessárias para determinação do comportamento da própria estrutura.

- Estruturas naturais de solo e rocha, tais como as encostas naturais e os taludes de cortes. Nesses casos exige-se o conhecimento das propriedades dos materiais sob diversas condições a que possam ser submetidas

OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

Informações solicitadas a um programa de investigação do subsolo:

a) - extensão, profundidade e espessura de cada horizonte de solo=f(dimensão e natureza da estrutura);- descrição do solo: compacidade (se solo não coesivo) e estado de consistência (se solo coesivo).

b) - Profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo b) - Profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre: extensão, profundidade e espessura de cada estrato rochoso, direção, mergulho e espaçamento de juntas e planos de acamamento, presença de zonas 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, lençóis artesianos ou empoleirados.

d) - Propriedades de engenharia dos solos e rochas “in situ”, tais como, compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade.

Em muitos casos nem todas essas informações são necessárias e, em outros, valores estimativos serão suficientes.

ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO

a) - Investigações de reconhecimento: natureza das formações locais, as características do subsolo e definem-se as áreas mais adequadas para as construções.

b) - Explorações para o anteprojeto: realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções e o dimensionamento das fundações.anterior, permitindo a escolha de soluções e o dimensionamento das fundações.

c) - Explorações para o projeto executivo: destinadas a complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a resolução de problemas específicos do projeto de execução.

d) - Explorações durante a construção: quando surgem problemas não previstos nas etapas anteriores.

ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO

Dependendo da obra e de suas condições peculiares,algumas das etapas assinaladas podem ser dispensadas.

Dependendo da natureza do terreno encontrado, muitoscasos são resolvidos apenas com as informações do item “a”,através de simples sondagens de reconhecimento e das correlaçõesentre as indicações sobre a consistência ou compacidade que elasfornecem e as cargas admissíveis dos solos.fornecem e as cargas admissíveis dos solos.

Em outras situações as características de uma camada podeser decisiva no tipo de fundação a adotar:

Ex: caso de uma camada de argila abaixo de uma camada com acapacidade de carga adequada às fundações. A escolha entre afundação superficial ou uma fundação profunda, depende dacompressibilidade da argila e da previsão dos recalques.

ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO

Para a economia do projeto deve-se observar as condiçõesdo subsolo que afetarão a construção.Ex: necessidade de escoramento de escavações, rebaixamento deágua do subsolo.

Freqüentemente, as propriedades químicas do solo e daágua do terreno devem ser estabelecidas para avaliar-se o risco deágua do terreno devem ser estabelecidas para avaliar-se o risco decorrosão de fundações profundas e para o projeto de drenagem oudo sistema de rebaixamento, minimizando-se as incrustações ouobstruções daquele sistema.

CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA

Os métodos de prospecção do subsolo para fins geotécnicosclassificam-se em:

a) Métodos indiretosa determinação das propriedades das camadas do subsolo é feita indiretapela medida, seja da sua resistividade elétrica ou da velocidade depropagação de ondas elásticas. Os índices medidos mantém correlaçõescom a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se aindaconhecer as suas respectivas profundidades e espessuras.conhecer as suas respectivas profundidades e espessuras.

b) Métodos semidiretosfornecem informações sobre as características do terreno, sem contudopossibilitarem a coleta de amostras ou informações sobre a natureza dosolo, a não ser por correlações indiretas.

c) Métodos diretosConsistem em qualquer conjunto de operações destinadas a observardiretamente o solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO

PENETRAÇÃO NO SOLO

RETIRADA DE AMOSTRAS

Direto SIM SIMIndireto NÃO NÃO

Semi-Direto SIM NÃO

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO

Investigação GeotécnicaMétodos Diretos

Métodos Semi-diretos

Investigação Geológica →

Métodos Semi-diretos

Métodos Diretos → sondagem rotativa

Métodos Indiretos Métodos geofísicos:-Métodos geoelétricos-Métodos sísmicos-Métodos Potenciais

Os principais processos para fins de projeto de fundações são:

-Poços;-Sondagens a percussão (SPT);-Sondagens rotativas;-Sondagens mistas;-Ensaio de cone (CPT) e Piezocone (CPTU);-Ensaio pressiométrico.

OBS: para fundações de estruturas, apenas em casos excepcionais, sãousados ensaios de campo da palheta (Vane-Test) e de dilatômetro(DMT), pois são indicados para argilas moles.

OBS: o ensaio ou prova de carga em placa pode ser considerado tambémcomo método de investigação, pois, dependendo dos objetivos do ensaiopode-se obter parâmetros de deformação (E, etc), de resistência (coesãoou ângulo de atrito), coeficiente de reação vertical.

ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (SPT)

É a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de investigação empraticamente todo o mundo.

Permite a identificação da densidade de solos granulares e também éaplicado a identificação da consistência de solos coesivos e mesmoaplicado a identificação da consistência de solos coesivos e mesmorochas brandas.

Normalizado pela NBR 6484;

Realizado a cada metro na sondagem a percussão e na mista.

ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (SPT)

É a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de investigação empraticamente todo o mundo.

Permite a identificação da densidade de solos granulares e também éaplicado a identificação da consistência de solos coesivos e mesmoaplicado a identificação da consistência de solos coesivos e mesmorochas brandas.

Normalizado pela NBR 6484;

Realizado a cada metro na sondagem a percussão e na mista.

SPT – Procedimento do Ensaio

1. Fazer o furo até 1 metro de profundidade utilizando o trado concha com diâmetro adequado (normalmente 2 ½”;

2. Introduzir o conjunto (amostrador + haste de percussão+ cabeça de bater) no furo;

3. Cravar o amostrador padrão 45 cm abaixo do fundo do furo, em três seguimentos de 15 cm; utilizando o martelo padrão de 65 kg caindo livremente de uma altura de 75cm;

4. Anotar o número de golpes necessários para cravação de cada segmento de 15cm;15cm;

5. Retirar o amostrador e recolher a amostra retida, acondicioná-la em recipiente adequado com respectiva etiqueta a qual deve conter os seguines dados: local, número do furo, profundidade da amostra, número da amostra, classificação expedita, sondador, data;

6. Aprofundar o furo, através do trado concha ou através de lavagem por circulação d’água com cravação de revestimento ou ainda através de lavagem por circulação de lama bentonítica, até a profundidade do novo ensaio penetrométrico;

7. Repetir as etapas (1) a (6) até o final do furo.

ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (SPT)

As amostras são levadas para o laboratório para reconhecimento táctil-visual do solo, de forma a definir camadas de solos sedimentares comsuas respectivas espessuras ou os horizontes de decomposição de solosresiduais.

Ensaios de laboratório recomendados, principalmente em casos dedúvidas:- granulometria;- limites de Ateberg.

Produto final: perfil de sondagem

Exame táctil-visual do solo escavado

ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (SPT)

OBJETIVOS GERAIS:

-Conhecer o tipo de solo atravessado, pela retirada de amostradeformada a cada metro perfurado;

-Determinar a resistência NSPT oferecida pelo solo à cravação do-Determinar a resistência NSPT oferecida pelo solo à cravação doamostrador a cada metro perfurado;

-Definir a posição do nível ou dos níveis d’água quando encontradosdurante a perfuração.

OBS: métodos rotineiros de projeto de fundações diretas e profundasusam os resultados se SPT, especialmente no Brasil.

FATORES QUE INFLUENCIAM NO VALOR DO SPT

FATOR INFLUÊNCIA

Índice de vaziosRedução do índice aumenta a resistência a penetração

Tamanho médio da partículaAumento do tamanho médio aumenta a resistência a penetração

Coeficiente de UniformidadeSolos uniformes apresentam menor resistência a penetração

Pressão neutra

Solos finos densos dilatam aumentando a resistência; solos finos muito fofos podem se liquefazer no ensaio

INFLUÊNCIA DAS PROPRIEDADES DOS SOLOS GRANULARES NA RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO

liquefazer no ensaio

Angulosidade das partículasAumento da angulosidade aumenta a resistência à penetração

Cimentação Aumenta a resistência

Nível de tensõesAumento de tensão vertical ou horizontal aumenta a resistência

IdadeAumento da idade do depósito aumenta a resistência

Solos coesivos a resistência à penetração é reconhecidamente função da resistência não drenada, Su. Os fatores que controlam a resistência são a

plasticidade, sensibilidade e fissuração da argila

ESTIMATIVA DE PARÂMETROS GEOTÉCNICOS

A) SOLOS GRANULARESRelação entre o NSPT e a densidade relativa Dr

Relação entre o NSPT e o ângulo de atrito do solo

B) SOLOS COESIVOS

Su = 0,4 a 20 (Mello, 1971)NSPT

Nspt = 4 a 6 (Stroud, 1986)Su

Para solos coesivos com SPT < 5 não deve-se utilizar

nenhuma correlação

Tensões admissíveis

σadm = k. NSPT

onde k depende do: tipo de solo, da geometria do problema, da sensibilidade daestrutura a recalques, entre outros.

Correlação entre NSPT e a tensão admissível para solos Granulares

Descrição N (SPT) Provável tensão admissível (kN/m2)

(Compacidade)

L = 0,75m * L = 1,50m * L = 3,0 m *

Muito compacto > 50 > 600 > 500 > 450Compacto 30 - 50 300 - 600 250 - 500 200 – 450Med. Compacto 10 -30 100 - 300 50 - 250 50 – 200Med. Compacto 10 -30 100 - 300 50 - 250 50 – 200Pouco compacto 5 - 10 50 - 100 < 50 < 50Fofo < 5 a estudar* menor dimensão da fundação Fonte: (Milititsky & Schnaid, 1995)

Correlação entre NSPT e a tensão admissível para Solos CoesivosDescrição N (SPT) Provável tensão admissível (kN/m

2)

(consistência)

L = 0,75m * L = 1,5m * L = 3,0m *Dura > 30 500 450 400Muito rija 15 - 30 250 - 500 200 - 450 150 – 400Rija 8 - 15 125 - 250 100 - 200 75 – 150Média 4 - 8 75 - 125 50 - 100 25 – 75Mole 2 - 4 25 -75 <50 -Muito mole < 2 a estudar* menor dimensão da fundação Fonte: (Milititsky & Schnaid, 1995)

SPT - RESUTADOS - Tabela dos estados de compacidade e de consistência

SPT - RESUTADOS – Correlação SPT e Resistência ao Cisalhamento dos Solos

ENSAIOS DE CONE (CPT)

Desenvolvido na Holanda (década de 30)para investigar solos moles e estratosarenosos que apoiavam estacas;

Bem difundido mundialmente pelaqualidade de informações;

Ensaio consiste na cravação lenta econstante (estática ou quase-estática) deuma haste com ponta cônica medindo-se aresistência encontrada na ponta qc e aresistência por atrito lateral fs.

ENSAIOS DE CONE (CPT)

-Cone mecânico: as tensões são medidas por sistemas mecânicos (ouhidraulicos) na superfície;

-Cone elétrico: desenvolvido na década de 70, a medição daresistência de ponta e do atrito lateral local é feita por um sistema demedição constituído por células de carga elétrica.

Para este tipo de ensaio, as medições de resistência de ponta qc e deatrito lateral fs é alternada.

ENSAIOS DE CONE (CPT)

A razão de atrito Rf (= fs/qc) é o primeiro parâmetro derivado doensaio, utilizado para a classificação dos solos. Valores de medidascontínuas de qc, fs e Rf são plotados ao longo da profundidade:

ENSAIOS DE PIEZOCONE (CPTU)

Desenvolvido nos anos 80, une as vantagens do ensaio de cone elétricocombinadas com a medição da poro-pressão (associado a um medidor depressão de água em um elemento poroso localizado na sonda).Neste caso utiliza-se um novo parâmetro de classificação de solos, Bq:

sendo uo as pressões hidrostáticas e σvo a tensão vertical in situ.

ENSAIOS DE PIEZOCONE (CPTU)

OBS:

- nas areias a poro-pressão é próxima da hidrostática.

- nas argilas há excesso de poro-pressão gerado na cravação do cone.

-Quando se atravessa uma camada de argila, pode-se parar a cravação eobservar a dissipação do excesso de poro-pressão.Esta operação consiste no ensaio de dissipação e sua interpretação forneceo coeficiente de adensamento horizontal.

- Neste tipo de ensaios não são retiradas amostras dos solos atravessados erecomenda-se associar este tipo de investigação a sondagens a percussão(com retirada de amostra para reconhecimento táctil-visual).

ENSAIOS DE PIEZOCONE (CPTU)

OBS:

Os ensaios de cone e piezocone têm suas aplicações de engenhariadivididas em 3 grupos:

- classificação e estratigrafia dos solos;

- obtenção de parâmetros geotécnicos;- obtenção de parâmetros geotécnicos;

- aplicação direta ao projeto de fundações.

Potencialidades do CPT e CPTU (Battaglio e outros., 1986)