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FUNDAÇÕES Professor Msc. Rodrigo Junqueira Mota
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    11-Dec-2014
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FUNDAESProfessor Msc. Rodrigo Junqueira MotaGoinia20121. INTRODUOAfunodafundaosuportarascargasqueatuamsobreelaedistribu-lasde maneira satisfatria (com segurana) e econmica sobre as superfcies de contato com o solo sobre o qual se apoia.A concepo de fundaes , na realidade, um misto de cincia e arte.Oprojetodeumafundaoenvolveconsideraes daMecnica dos Solos ede anlise estrutural.O projeto deve associar racionalmente,no caso geral, os conhecimentos das duas especialidades.Para a execuo de um projeto de fundaes necessrio: Topografia da rea; Dados geolgicos-geotcnicos; Dados da estrutura a construir e Dados sobre as construes vizinhas.Um projeto bsicodefundaodeve apresentar,segundo Velloso eLopes(1998), alguns requisitos bsicos para um bom desempenho. O primeiro deles so as deformaes aceitveis que o elemento de fundao deva suportar, sob as condies de trabalho, verificando o estado limite de utilizao, que trata a norma NBR 8681/ 2003. Convencionalmente, o projetista estrutural repassa ao projetista de fundao as cargas que sero transmitidas aos elementos de fundao. Confrontando essas informaes com as caractersticas do solo onde ser edificado, o projetista de fundaes calcula o deslocamento desseselementosecomparacomosrecalquesadmissveisdaestrutura, ouseja, primeiro elabora-se o projeto estrutural e depois o projeto de fundao.Quando o projeto estrutural elaborado emseparado do projeto de fundao, considera-se, durante o dimensionamento das estruturas, que a fundao ter um comportamento rgido,indeslocvel.Na realidade,tais apoios so deslocveis e esse fator tem uma grande contribuio para uma redistribuio de esforos nos elementos da estrutura. Essa redistribuio ou nova configurao de esforos nos elementos estruturais, em especial nos pilares, provoca uma transferncia das cargas dos pilares mais carregados para os pilares menos carregados.Geralmente, os pilares centrais soos mais carregados que os da periferia. Ao considerarmos a interaosolo-estruturanodimensionamentoda fundao, ospilares que estomaisprximosdocentroteroumacargamenordoqueacalculada, havendouma redistribuio das tenses.Dessa forma, possvel estimar os efeitos da redistribuio dos esforos na estrutura doedifcio, bemcomoa intensidade e a forma dos recalques diferenciais (Figura 1). Conseqentemente, teremos umprojetootimizado, podendo-seobter umaeconomiaque pode chegar a at 50% no custo de uma fundao.Torna-seclara aimportncia daunioentre oprojetoestrutural eoprojetode fundaes em um nico grande projeto, uma vez que os dois esto totalmente interligados e mudanas em um provocam reaes imediatas no outro.A fundao ter que atender alguns requisitos, como: as cargas da estrutura devem ser transmitidas s camadas de terreno capazes de suport-las sem ruptura; as deformaes das camadas do solo subjacentes s fundaes devem ser compatveis com as suportveis pela superestrutura; devesercolocadaumaprofundidadeadequadaparapreveniraexpulso lateral do solo existente sob a fundao (particularmente sapatas e radiers), ou sofrer qualquer dano devido uma possvel construo vizinha; a execuo das fundaes no deve causar danos s estruturas vizinhas; e o tipo escolhido e o seu mtodo de instalao devem ser econmicos.Figura 1 Interao solo-estrutura.O custo da fundao est entre 3% a 10% do custo total do edifcio, podendo atingir de 5 a 10 vezes se for uma fundao no apropriada e / ou reforo da mesma.2. INVESTIGAO DO SUBSOLOA investigao do subsolo tem como objetivo verificar a natureza do solo, a espessura das diversas camadas (estratificao), a profundidade e a extenso da camada mais resistente que dever receber as cargas da construo, e determinar o tipo da fundao a ser especificada.Para fins de projeto e execuo de fundaes, as investigaes do terreno de fundao constitudo por solo, rocha, mistura de ambas ou rejeitos compreendem: Investigaes de campo; e Investigaes em laboratrio.A natureza e a quantidade das investigaes a realizar dependem das peculiaridades da obra, dos valores e tipos de carregamentos atuantes, bemcomo das caractersticas geolgicas bsicas da rea em estudo.Independentemente da extenso dos ensaios preliminares que tenham sido realizados, devemserfeitasinvestigaesadicionaissempreque, emqualqueretapadaexecuoda fundao, for constatada uma diferena entre as condies locais e as indicaes fornecidas poraquelesensaiospreliminares, detal sortequeasdivergnciasfiquemcompletamente esclarecidas. Dentro do reconhecimento geotcnico, esto compreendidas as sondagens de simples reconhecimento percusso, os mtodos geofsicos e qualquer outro tipo de prospeco do solo para fins de fundao.Autilizao dos processos geofsicos de reconhecimento sdeve ser aceita se acompanhada por sondagens de reconhecimento percusso ou rotativas de confirmao.O conhecimento do solo condio necessria para a elaborao de um projeto de fundao racional e seguro.Os mtodos de investigao adotados classificam-se em: a) Indiretos; b) Diretos; e c) Semi-diretos.Os mtodos indiretos permitem determinar apenas a existncia de singularidades no terreno como, por exemplo, a presena de grandes blocos de rocha, cavidades subterrneas, espessuras de camadas e a presena ou no de lenol fretico. So importantes para o estudo preliminar de grandes obras de engenharias (barragens, aeroportos) e devem ser utilizados em conjunto com Mtodos Diretos.Os mtodos diretos permitem a retirada de amostras do solo, e consequentemente, sua identificao, classificao e a resistncia das suas diversas camadas. Um exemplo tpico o Ensaio SPT (Standard Penetration Test), alm do ensaio de sondagem rotativa.Os mtodos semi-diretos fornecem propriedades de engenharia como compressibilidade e resistncia dos solos e rochas in situ. No indicam o tipo de solo e no recolhem amostras. Em muitos casos so tambm conhecidos como mtodos complementares aos Mtodos Diretos. Um exemplo tpico o Ensaio CPT (Cone Penetration Test).Os mtodos semi-diretos tem por objetivo a obteno de parmetros geotcnicos de correlao direta comocomportamento de estacas (fundaes profundas). Classifica e estratigrafia dos solos. muito interessante para fundaes profundas estacas pois permite a determinao de parmetros como a Resistncia de Ponta e Resistncia Lateral.2.1 Nmero, profundidade e disposio dos furos Para o caso de fundaes de edifcios para residncias ou comerciais, a NBR-8036 fixa diretrizes gerais a seremobservadas na explorao do subsolo. Dentre as vrias especificaes deve-se salientar: nmero de furos, disposio dos furos e profundidade dos furos.No caso defundaesparaedifcios,onmero mnimodepontos desondagens a realizar funo da rea a ser construda (Tabela 1).Tabela 1 Nmero mnimo de pontos em funo da rea construda (NBR 8036/2003).rea Construda N de SondagensDe 200 m at 1.200 m 1 sondagem para cada 200 mDe 1.200 m at 2.400 m 1 sondagem para cada 400 m que exceder a 1.200 mAcima de 2.400 m Ser fixada a critrio, dependendo do plano de construo.Podemos ainda, avaliar o mnimo de furos para qualquer circunstncia em funo da rea do terreno para lotes urbanos.o 2 furos para terreno at 200 m;o 3 furos para terreno entre 200 a 400 m, ouo Nomnimo, trs furos para determinao da disposio e espessura das camadas.Os furos de sondagens devero ser distribudos em planta, de maneira a cobrir toda a rea em estudo. A distncia mxima entre os furos de 100m. A Figura 2 apresenta alguns exemplos delocaodesondagens emterrenos urbanos. Adistncia entreos furos de sondagem deve ser de 15 a 25m, evitando que fiquem numa mesma reta e de preferncia, prximos aos limites da rea em estudo. Quandoaedificaoapresentaumaplantacompostadevrios corpos, ocritrio anterior se aplica a cada corpo da edificao.Figura 2 Exemplos de locao de sondagens em reas de edificaes.Aprofundidadeaserexploradapelassondagensdesimplesreconhecimento, para efeito de projeto geotcnico, funo do tipo de edifcio, das caractersticas particulares da estrutura, de suas dimenses emplanta, da forma da rea carregada e das condies geotcnicas locais.As sondagens devemser levadas at profundidade onde o solo no seja mais significativamente solicitado pelas cargas estruturais, fixando-se como critrio aquela profundidade onde o acrscimo de presses no solo devido s cargas estruturais aplicadas for menor que 10% da presso geosttica efetiva.Quando for atingida uma camada de solo de compacidade ou consistncia elevada, e ascondiesgeolgicaslocaismostraremnohaver possibilidadedeseatingir camadas menos consistentes ou compactas, pode-se parar a sondagem naquela camada.Ao atingir rocha ou camada impenetrvel percusso, subjacente ao solo adequado ao suporte da fundao, a sondagem pode ser interrompida nela. Nos casos de fundaes de importncia, ouquandoascamadassuperioresdesolonoforemadequadasaosuporte, aconselha-se a verificao danaturezae da continuidade da camadaimpenetrvel.Nestes casos a profundidade mnima a investigar de 5 metros.Para as fundaes profundas (estacas e tubules) a contagem da profundidade deve ser feita a partir da provvel posio da ponta das estacas ou bases dos tubules.Em terrenos passveis de alteraes posteriores (eroso, expanso) devem ser feitas consideraes especiais na fixao da profundidade de explorao.2.2 Poos e trincheiras de inspeoOpoodefinidocomescavaovertical deseocircularouquadrada, quando projetada em um plano horizontal, com dimenses mnimas suficientes para permitir o acesso de umobservador, visando a inspeo das paredes e fundo, e retirada de amostras representativas deformadas e indeformadas (NBR 9604/1986), conforme a Figura 3.Figura 3 Retiradas de blocos indeformadosFigura 4 Amostra indeformada.Aseotransversal mnimadopoodeveser de1mdelado, nocasodepoo quadrado, ou de 1,2 m de dimetro, no caso de poo circular. A escavao deve ser iniciada aps a limpeza superficial do terreno em rea delimitada por um quadrado de 4 m de lado e da construo de uma cerca no permetro da rea limpa, constituda de quatro fios de arame farpado fixados a moures. Aoredor da rea cercada deve ser aberto umsulco para drenagem, a fim de se evitar a entrada de gua no poo.A escavao, executada com picareta, enxado e p, deve prosseguir normamente ate atingir uma profundidade de 2 m, quando deve ser instalado, para a sua continuidade, um sarilho munido de corda para a entrada e sada dos poceiros e retirada do material escavado.O controle da profundidade do poo feito atravs de medida direta entre o fundo do poo e um ponto predeterminado na superfcie natural do terreno.O poo considerado concludo nos seguintes casos: a) quando atingir a profundidade prevista pela programao dos trabalhos; b) quando houver insegurana para a continuidade dos trabalhos; c) quando ocorrer infiltrao acentuada de gua que torne pouco produtiva a escavao e no for imprescindvel sua continuidade; e d) quando ocorrer, no fundo do poo, material no escavvel por processos manuais.Para efeito de identificao, no local do poo deve ser cravada uma tabuleta contendo,o mnimo,os seguintes dados: a) nmero do poo; b) profundidade; c) cota da boca; e d) data de trmino.A trincheira a escavao geralmente vertical, ao longo de uma determinada linha ou seodemodoaseobterumaexposiocontnuadoterreno, comdimensesvariveis,sendo as mnimas suficientes para permitir o acesso de um observador, visando a inspeo das paredes e fundo, e retirada de amostras representativas deformadas e indeformadas.A amostra representativa deformada extrada por raspagem ou escavao, implicandonadestruiodaestruturaenaalteraodas condies decompacidadeou consistncia naturais.A largura mnima da trincheira deve ser de 1 m, sendo que o comprimento funo dafinalidadedesuaabertura. Deve-seiniciaraescavaoapsalimpezasuperficial do terreno, correspondente a rea do trecho inicial da trincheira prevista e rea lateral de 1 m de largura, medida a partir das bordas da trincheira. Paraefeitodeidentificao, nolocal datrincheira, devesercravadaumatabuleta contendo, no mnimo, os seguintes dados: a) nmero da trincheira; b) extenso; e c) data de trmino.Asamostrasdeformadasdevemsercoletadasacadametroescavado, quandoem material homogneo. Se ocorrer mudanas do tipo de material escavado no transcurso de 1 m, devem ser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais. Para as amostras que devem ser mantidas em sua umidade natural, o acondicionamento deve ser feitoemrecipientes deplstico, vidrooualumniocomtampahermtica, parafinadaou selada com fita colante. As amostras devem ser coletadas do material retirado medida que o poo ou trincheira avance, no sendo permitida a amostragem por raspagem da parede aps a concluso.Os blocos de amostra indeformada, a serem moldados, devem ter um formato cbico com 0,15 m de aresta, no mnimo, e 0,40 m de aresta, no mximo.Aretiradadeblocosnofundodaescavaofeitaapartir de0,10macimada profundidade prevista para a moldagemdo bloco, a escavao deve ser cuidadosa e executada com os mesmos equipamentos utilizados na talhagem do bloco.Atingida a cota de topo do bloco deve ser iniciada a talhagem lateral do mesmo, nas dimenses previstas, ate 0,10 m abaixo de sua base, sem seccion-lo.Identificar o topo do bloco, com a marcao da letra T.Envolver as faces expostas do bloco com talagara,ou similar, e utilizando de um pincel, aplicar uma camada de parafina liquida. Repetir a operao por, pelo menos, mais duas vezes. Cuidados especiais devem ser tomado, em caso de solo de baixa coeso, quando o bloco deve ser reforado com envolvimentos extras de talagara,ou similar,e parafina, antes do seccionamento de sua base.Seccionar cuidadosamente a base do bloco, tomb-lo sobre um colcho fofo de solo e regularizar a face da base ate as dimenses previstas, cobrindo-a, em seguida, com talagara ousimilareparafinalquida. Antesdaaplicaodaltimacamadadeparafina, deveser indicado o topo do bloco, bem como colocar um etiqueta de identificao da amostra.Levar cuidadosamenteoblocosuperfciedoterrenocolocando-ocentrandono interior deumacaixacbicademadeira, oumaterial derigidezsimilar, comdimenso interna de 6 cm maior que o lado do bloco e com seis faces aparafusveis. O fundo da caixa deveconter umacamadade3cmdeserragemmida, bemcomopreenchidoscomeste material, os demais espaos remanescentes entre o bloco e a caixa. Caso hajacondies, a colocao do bloco na caixa pode ser executada no interior do poo ou trincheira. sem dvida a melhor tcnica de explorao do subsolo, pois permite a observao no local das diferentes camadas e extrao de boas amostras. Seu emprego,no entanto, limitado, pelo alto custo, necessidade de escoramento e escoamento dgua.Para obteno de amostras a maiores profundidades, utiliza-se o amostrador denominado tubo Shelby (Figuras 5 e 6).OtuboShelbypossui paredesfinasedimetroquevariade7,5a10cm. Ele introduzido no solo suave e continuamente.Figura 5 Introduo do amostrador Shelby no solo estudado.Figura 6 Retirada do amostrador Shelby e foto da amostra retirada.2.2 Sondagem a tradoSondagematradoummtododeinvestigaogeolgico-geotcnicaqueutiliza como instrumento o trado; um tipo de amostrador de solo constitudo por lminas cortantes, que podemser espiraladas (tradohelicoidal ouespiralado) ouconvexas (tradoconcha) (Figura 7). Tem por finalidade a coleta de amostra deformada, determinao do nvel dgua e identificao dos horizontes do terreno.Asondageminiciadaapslimpezadeumareaaproximadamentecircular com cerca de 2 metros de dimetro, concntrica ao furo a ser executado e abertura de sulco ao seu redor que desvie as guas pluviais (NBR 9603/1986).A escavao iniciada com o trado cavadeira, utilizando a ponteira para desagregao de terrenos duros ou compactos, sempre que necessrio.Quandooavano dotrado cavadeira se tornar difcil, deve ser utilizado trado helicoidal.O material retirado do furo deve ser depositado sombra, sobre uma lona ou tbua, de modo que evite sua contaminao comsolo superficial do terreno ou diminuio excessiva de umidade.Figura 7 Trado manuais mais utilizados: a) cavadeira, b) espiral ou torcido e c) helicoidal.O material obtido deve ser agrupado em montes dispostos, segundo sua profundidade a cada metro perfurado.Quando houver mudana das caractersticas do terreno no transcorrer de um metro perfurado, cada tipo de solo deve ser agrupado em um monte separado, identificando-se as profundidades de incio e trmino de cada material amostrado.Ocontrole das profundidades dos furos deve ser feito pela diferena entre o comprimento total das hastes com o trado e a sobra das hastes em relao boca do furo,com preciso de 10 mm.Quando o avano do trado se tornar difcil deve ser verificado a possibilidade de se tratar de cascalho, mataco ou rocha. No caso de se tratar de uma camada de cascalho ser feita uma tentativa de avano usando-se uma ponteira.Se houver mudana de material, notranscorrer dometroperfurado, devemser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais, se no devem ser coletadas a cada metro.As amostras para determinao da umidade natural devemser acondicionadas imediatamente aps o avano de cada furo, coletando-se cerca de 100 g em recipiente de tampa hermtica, parafinada ou selada com fita colante.As amostras para ensaios de laboratrio, em quantidade mnima de 4 kg, devem ser acondicionadas em sacos de lona ou plstico com amarilho, logo aps sua coleta.Durante a perfurao o operador deve estar atento a qualquer aumento aparente da umidade do solo, indicativo da presena prxima do nvel dgua, bem como um indcio mais forte, tal como de estar molhado um determinado trecho inferior do trado. Ao se atingi o nvel dgua interrompe-se a operao de perfurao, anota-se a profundidade e passa-se a observar a elevao do nvel dgua no furo, efetuando-se leituras a cada 5 miinutos, durante 30 minutos, alm de ser medido a cada 24 horas aps a concluso do furo.A sondagem a trado dada por terminada nos seguintes casos: a) quando atingir a profundidade especificada na programao dos servios; b) quando ocorrerem desmoronamentos sucessivos da parede do furo; e c) quando o avano do trado ou ponteira for inferior a 50 mm em 10 minutos de operao contnua de perfurao.2.3 Sondagem SPTA sondagem a percusso um mtodo para investigao de solos em que a perfurao obtida atravs do golpeamento do fundo do furo por peas de ao cortantes. utilizada tanto para a obteno de amostras de solo, como dos ndices de sua resistncia penetrao.Asondagemdesimplesreconhecimento, tambmconhecidacomoSPT(Standard Penetration Test), determina um ndice de resistncia penetrao do solo conhecido como NSPT, alm disso, fornece amostras do solo para que se possa fazer uma descrio do perfil do solo com o uso da anlise ttil-visual.A sondagem realizada contando o nmero de golpes necessrios cravao de parte de um amostrador no solo realizada pela queda livre de um martelo de massa e altura de queda padronizadas, conforme NBR 6484/2001. As sondagens de reconhecimento percusso so indispensveis e devemser executadas de acordo com a NBR 6484/ 2001, levando-se em conta as peculiaridades da obra em projeto. Tais sondagens devem fornecer no mnimo a descrio das camadas atravessadas, os valores dos ndices de resistncia penetrao (S.P.T.) e as posies dos nveis de gua.A execuo de uma sondagem um processo repetitivo, que consiste em abertura do furo, ensaio de penetrao e amostragem a cada metro de solo sondado.Desta forma, o primeiro metro escava-se com trado e ensaia uma camada de 45 cm e depois em cada metro faz-se, inicialmente, a abertura do furo com um comprimento de 55cm, e o restante dos 45cm para a realizao do ensaio de penetrao.As fases de ensaio e de amostragem so realizadas simultaneamente, utilizando um trip, um martelo de 65kg, uma haste e o amostrador.Figura 8 Esquema de sondagem.O amostrador cravado 45cm no solo, sendo anotado o nmero de golpes necessrios penetrao de cada 15 cm.Os principais equipamentos so: Trip, hastes (dimetro interno de 1 e massa terica de3,23kg/m); Tubosderevestimentocomsapatacortantelisa(dimetrointerno2); barriletes amostradores (diametro externo de 2 e interno de 1 3/8); pilo (peso de 65 kg, sendo que na sua parte interior dever ter um coxim de madeira dura, devendo ser dotados de guiaparagarantir acentralizaodesuaquedasobreaqual indica-seaalturadequeda padro de 75 cm, contados a partir da base); saca tubos para hastes e revestimentos; bomba dgua motorizada; cabea de bater padro (cilindro de ao de 8,3 cm de dimetro por 9 cm de altura); baldinho com vlvula de p; trpano e faca de lavagem; trado e medidor de nveldgua. Figura 9 Etapas na execuo de sondagem a percusso: a) avano da sondagem por desagregao e lavagem e b) ensaio e penetrao dinmica (SPT). a) b)Figura 10 a) Amostrador da sondagem SPT e b) amostra de solo obtido pelo amostrador da sondagem SPT.O ndice de Resistncia Penetrao determinado atravs do nmero de golpes do peso padro, caindo de uma altura de 75cm, considerando-se o nmero necessrio penetrao dos ltimos 30 cm do amostrador. Conhecido como NSPT.O NSPT comumente empregado em projetos de fundaes para a escolha do tipo de fundao e dimensionamento da fundao. AnormaNBR7250apresentaumatabelaquerelacionaondicederesistncia penetrao com a compacidade relativa das areias e a consistncia das argilas.Figura 11 Sondagem SPT em execuo.Tabela 2 Correlao do Nspt e compacidade (areias e siltes arenosos). Os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribudos na rea em estudo, e devemter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possaminfluir, significativamente, no comportamento da fundao.Em relao ao encerramento da sondagem, existem alguns mtodos para determin-las: Quando, em 3 m sucessivos, se obtiver ndices de penetrao maior que 45/15; Quando, em 4 m sucessivos, forem obtidos ndices de penetrao entre 45/15 e 45/30; Quando, em 5 m sucessivos, forem obtidos ndices de penetrao entre 45/30 e 45/45. Quandoa penetraofor nula aps5 quedasdo martelo impenetrvel percusso.Deve-se verificar a condio de impenetrvel percusso, atravs de um ensaio de avano da perfurao por lavagem, com durao de 30 minutos, anotando-se os avanos do trpano a cada 10minutos. Quandooavanofor inferior a 5cmpor 10minutos, considerado a condio de impenetrvel. Ocorrendo essa situao antes de 8 metros, devero ser deslocados at o mximo de quatro vezes em posies diametralmente opostas, distantes 2 metros da sondagem inicial.Mas, um tcnico experimentado pode fixar a profundidade a ser atingida, durante a execuo da sondagem, pelo exame das amostras recuperadas e pelo nmero de golpes.Nos terrenos argilosos, a sondagem dever ultrapassar todas as camadas.Nos terrenos arenosos, as sondagens raramente necessitam ultrapassar os 15 a 20m.A profundidade mnima 8,0m. Essa profundidade pode ser corrigida, medida que os primeiros resultados forem conhecidos.Poder ocorrer obstruo nos furos de sondagens do tipo mataces (rochas dispersas no subsolo) confundindo com um embasamento rochoso. Neste caso a verificao realizada executando-seumanovasondagema3,0m, emplanta, daanterior. Seforconfirmadaa ocorrncia de obstruo na mesma profundidade, a sondagemdever ser novamente deslocada 3,0mnuma direo ortogonal aoprimeiro deslocamento. Casonecessrio, a sondagem na rocha realizada com equipamento de sondagem rotativa.Os dados obtidos em uma investigao do subsolo so, normalmente, apresentados na forma de um perfil para cada furo de sondagem (Figura 13).A posio das sondagens amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locao bem como o nvel da boca do furo que amarrado a uma referncia de nvel RN bem definido (Figura 12)O nvel dgua final da sondagem determinado aps o encerramento da sondagem e a retirada dos tubos de revestimento, decorridas 24 horas, estando o furo ainda aberto.Noperfil dosubsoloas resistncias penetrao soindicadas por nmeros esquerda da vertical da sondagem, nas respectivas cotas. A posio do nvel d'gua - NA - tambm indicada, bem como a data inicial e final de sua medio (Figura 12).Figura 12 Planta de locao das sondagens.2.4 Sondagem RotativaAsondagemrotativa ummtodode investigaoque consistenousodeum conjuntomoto-mecanizado, projetadoparaaobtenodeamostrasdemateriaisrochosos, contnuas e com formato cilndrico, atravs de ao perfurante dada basicamente por foras de penetrao e rotao que, conjugadas, atuam com poder cortante.O equipamento para a realizao de sondagens rotativas compem-se essencialmente de sonda, hastes de perfurao, barrilete (simples, duplo e giratrio),ferramentas de corte (coroas), conjugadomoto-bombaerevestimento. Existemdoissistemas quenormalizam mundialmente dimenses e nomenclaturas para sondagens rotativas: padro D.C.D.M.A. ou americano, que adota a combinao de duas ou mais letras para designar dimetros e modelos dos equipamentos; o padro europeu, tambm conhecido por sistema mtrico ou Crailius, que expressa o dimetro do furo em mm e uma ou mais letras para designar o modelo do equipamento.Figura 13 Exemplo de um perfil de subsolo.No Brasil, os equipamentos de sondagens rotativas so fabricados segundo o padro D.C.D.M.A., sendo bastante restritos aqueles fabricados segundo o padro europeu.Na tabela a seguir so indicados os dimetros de sondagens mais comumente utilizados.Tabela 3 Dimetros de perfurao em rocha.Figura 14 Equipamento de sondagem rotativaA execuo da sondagem possui os seguintes passos: Instalao da sonda rotativa, que consiste basicamente do conjunto motor-guincho-cabeote, sobre uma plataforma ancorada no terreno, a fim de se conseguir manter uma presso constante sobre a ferramenta de corte; Acoplamento da composio haste-barrilete-coroa sonda; Injeo de gua no furo atravs das hastes, e introduo nas hastes de movimentos rotativos e de avano na direo do furo. Estes movimentos so transferidos pelas hastes ao barrilete provido da coroa permitindo o avano da composio.Figura 15 - Esquema de funcionamento de sonda rotativa.Em terreno seco, a sondagem deve ser iniciada somente aps a limpeza de uma rea que permita o desenvolvimento de todas as operaes sem obstculos. Dever ser executado um sulco ao seu redor de forma a desviar as guas de enxurrada, no caso de chuva. A sonda dever ser firmemente ancorada e nivelamento no solo, de maneira a minimizar suas vibraes e consequente transmisso para a composio da sondagem.Em terreno alagado ou coberto por lmina d'gua de grande espessura, a sondagem deveser feitaapartir deplataformafixaouflutuantefirmementeancorada, totalmente assoalhada, que cubra no mnimo, a rea delimitada pelos pontos de apoiado trip, ou um raio de 1,5 m contados a partir dos contornos da sonda.Junto ao local onde ser executada a sondagem dever ser cravado um piquete, com a identificao da sondagem, que servir de ponto de referncia para medidas de profundidade e para fins de amarrao topogrfica.Quando ocorrer solo no local do furo, a sondagem dever ser feita com medidas de SPT a cada metro, sendo caracterizado como sondagem mista.Figura 16 Brocas Diamantadas.A amostragem dever ser contnua e total, mesmo em materiais moles, incoerentes ou muito fraturados. Os testemunhos no devero apresentar-se excessivamente fraturados ou roletados pela ao mecnica do equipamento de sondagem, exceto quando se tratar de rochas estratificadas ou xistosas.Figura 17 Caixa de testemunhos para sondagens rotativas.Todos os dados colhidos na sondagemso resumidos na forma de umperfil individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geolgico do subsolo na posio sondada, baseado na descrio dos testemunhos. A descrio dos testemunhos feita a cada manobra e inclui;o Classificao litolgica- baseada na gnese da formao geolgica, na mineralogia, textura e fabricados materiais a classificar;o Estado de alterao das rochas para fins de engenharia (extremamente alterada, muito alterada, medianamente alterada, pouco alterada, s).o Grau de fraturamento nmero de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.A Tabela 4 apresenta o critrio adotado na classificao.Tabela 4 Critrio de classificao da rochaRochaN de fraturas/ metroOcasionalmente fraturada 1Pouco fraturada 1 5Mediamente fraturada 6 10Muito fraturada 11 20Extremamente fraturada 20Em fragmentos Pedaos de diversos tamanhos caoticamente dispersos.Para englobar uma s classificao nos critrios de fraturao e estado de alterao, utiliza-se o critrio designado RQD (Rock Quality Designation), onde:amostrador do avano do total o Comprimentcm tamanho com recuperada amostra da actos pedaos dos comp dosRQD10 . sup int .A tabela 5apresenta a classificao da qualidade da rocha em funo do RQD.Tabela 5 Classificao da qualidade da rocha em funo do RQDRQD Qualidade do macio rochoso< 0,25 Muito fraco0,25 0,50Fraco0,50 0,75Regular0,75 0,90Bom > 0,90 ExcelenteA determinao do RQD deve ser feita apenas em sondagens que utilizem barriletes duplos de dimetro NX (75 mm) ou superior.2.5 Sondagem CPTOensaioconsistenacravaonosolo, deformacontnuaouincremental, auma velocidade padronizada de uma ponteira tambm padronizada do tipo cone ou cone atrito, medindo-sesuareaocontnuaoudescontinuamenteparaseobter os componentes de resistncia de ponta e de atrito lateral local. Para se realizar o ensaio, h necessidade de um equipamento de cravao devidamente ancorado ou lastreado uma composio de tubos externos de cravao, contendo em sua extremidade uma das ponteiras padronizadas (Figura 18). As ponteiras podem ser mecnicas ou eltricas.As partes mveis de uma ponteira mecnicasoacionadasdeformaincremental oucontnua, atravsdehastesinternasaos tubos externos, sendomedidaareaonecessriaaesteacionamentoatravs declula eltrica ou hidrulica, instalada na extremidade superior da composio. A ponteira eltrica acionada pela cravao contnua dos tubos externos, sendo a reao do solo sobre as partes sensveisdaponteiramedidaatravsdesensoreseltricos instaladosinternamenteaela. Diferenas naformageomtrica enomtododecravaodecadaponteira podemser significativas em um ou em ambos os componentes de resistncia.O ensaio consiste na cravao velocidade lenta e constante (2cm/s) de uma haste com ponta cnica (10 cm e 60) medindo -se a resistncia encontrada na ponta e a resistncia por atrito lateral.As cargas so transferidas extremidade por meio de hastes metlicas internas que so conectadas a manmetros hidrulicos localizados na superfcie. O equipamento obtm a reao necessria para introduzir as hastes no solo atravs de sua ancoragem no prprio solo, por meiodequatroaseis brocas helicoidais rotativas, dopesoprpriofornecidopelos caminhes a que muitas vezes so acoplados, ou pela combinao dos dois processos (Figura 19).As sondas mais antigas eram constitudas, em linhas gerais, de um tubo contendo em seu interior uma haste deslocvel com ponteira cnica. O ensaio consistia em fazer penetrar no solo, de incio, somente o cone, e depois o conjunto tubo e cone. Um macaco hidrulico munidode manmetropermitia amedida da resistncia cravao. Media-se assima resistncia de ponta Rp (atualmente anotada como qc), geralmente de 25 em 25 centmetros, e aps, media-se a resistncia total (tubo + ponta). A resistncia lateral era dada por: Rl=Rt+Rp.Os modelos de penetrmetros mais modernos dispem de uma camisa de atrito acima da ponteira, que permite medir a resistncia lateral local (Figura 20).Figura 18 Princpio de funcionamento do ensaio CPT.Figura 19 Equipamento que realiza a sondagem CPT.Aindamais recentemente, tmsidodesenvolvidos cones comadiode elementos capazes de medir poropresso durante a penetrao do penetrmetro, bem como possvel a execuodeensaiodedissipaodoexcessodeporopresso, emqueassociaoCPTeo piezocone, conhecido como CPTU. No ensaio de dissipao pode-se obter o coeficiente de adensamento do solo.As medidas contnuas de resistncia ao longo da profundidade, associadas extrema sensibilidade observada na monitorao das poropresses, possibilita a identificao precisa dascamadasdesolos, podendo-se, porexemplo, detectarcamadasdrenantesdelgadasde poucos centmetros de espessura.Figura 20 - Penetrmetros para CPT (a) de Delft, (b) Begemann, (c) cone eltrico (FUGRO tipo subtrao) e (d) piezocone (COPPE -UFRJ modelo 2), estando indicados: (1) luva de atrito, (2) anel de vedao de solo, (3) idem, de gua (4) clula de carga total, (5) idem, de ponta, (6) idem, de atrito, (7) idem, de ponta (8) transdutor (medidor) de poro -presso e (9) elemento poroso.Como j citado acima, as informaes qualitativas do CPT so complementadas pelo piezocone, atravs de medidas de poropresses geradas durante o processo de cravao.Neste caso utiliza-se um novo parmetro de classificao dos solos, Bq:( )( )voOqqu uB 12Sendo: uo a presso hidrosttica e vo a tenso vertical in situ..Comauxlio dos dados fornecidos pelos penetrmetros estticos e atravs de correlaes experimentais podem-se obter informaes importantes, necessrias para dimensionar as fundaes. A Tabela 6, sugerida por Meyerhof relaciona a densidade relativa (qc/fs) com a resistncia de ponta e o ngulo de atrito das areias.Tabela 6 Correlaes entre resistncia de ponta e densidade relativa.Segundo este autor, quando a resistncia de ponta repentinamente aumenta para uma pequena profundidade de penetrao, trs condies podemter causado este aumento repentino: a. fs aumenta: talvez o penetrmetro tenha atingido uma camada de pedregulhos ou uma camada de areia muito compacta,cuja resistncia ltima ainda no tenha sidoatingida ouumacamada dedensidade mdia, cuja resistncia aumenta com a profundidade; quando o fs/qc grande (da ordem de 4 a 6%) o solopoder consistir-se de argilas muitorijas, que podemconter alguns pedregulhos dispersos; e quando fs/qcfor baixo (na ordem de 0,5 a 2%), os solo poder consistir-se de pedregulhos densos, com teores de areia variveis. b. fsdiminui: esta condio caracterstica do caso emque a ponta do penetrmetroencontrouobstrues,taiscomopedregulhos,cujos dimetros so maiores que o do cone; a obstruo empurrada adiante pelo cone, sendo que o vazio que se cria atrs da obstruo origina uma queda no valor medido de atrito lateral; se a penetrao continuada sob tais condies, uma diminuio no valor de qc esperada, a menos que as camadas mais profundas tornem-se mais e mais compactas. c. fs permanece constante: o penetrmetro se encontra em rochas brandas ou em camadas de argila muito rija, que no consegue penetrar.Deve ser salientado que em nenhum dos casos apresentados o valor alto de resistncia de ponta qcdeve ser interpretado como representando uma camada de suporte satisfatria (essas condies devem ser analisadas e confirmadas atravs de sondagens mais profundas).Se um ensaio no for concludo devido presena de mataces, deve-se deslocar o equipamento aproximadamente 1,5m e repetir o ensaio.Quando qcdiminui,h duas possibilidades: a) fsaumenta: um pequeno pedregulho empurrado pelo cone fora as paredes da luva que mede o atrito lateral; b) fs diminui: pode haver ocorrncia de uma transio entre duas camadas de solo de diferentes propriedades, sendo a inferior a de menor resistncia.Se qcpermanece constante, duas condies podemocorrer: a) fsdiminui: um pedregulho cujo dimetro maior que a ponta empurrada pelo cone para uma camada de solo mole ou fofo; b) fs permanece constante: o solo considerado homogneo, este caso vlidoparacamadascujaespessuravariaentre5e10metrosnomximo, vistoqueem camadas mais espessas qc e fs teriam de aumentar devido ao maior confinamento.Figura 21 Resultado de um ensaio CPTU (realizado com piezocone).A razo de atrito (Rf) a razo entre a resistncia de atrito lateral local e a resistncia de ponta mesma profundidade, expressa em porcentagem.csfqfR Figura 22 Relao entre a razo de atrito, resistncia de ponta do cone e tipo de solo (Robertson e Campanella, 1983).Tabela 7 Tipo de solo de acordo com a razo de atrito.Tabela 8 Classificao preliminar de solos pelos ensaios CPT.Figura 23 Proposta de Begeman (1965) para estimativa do tipo solo.Tabela 9 Comparao SPT/CPTFigura 24 Os ensaios mais realizados no mundo.2.6 Sondagem PMTUmaalternativaaoensaiodeSPT, paraprojetos quenecessitamdemdulos de deformao confiveis, emprega-se o ensaio pressiomtrico.A simplicidade de operao e o baixo custo desse ensaio so diferenciais considerveis na escolha do pressimetro como ferramenta de investigao, mas, apesar de reconhecido internacional, a experincia brasileira com o pressimetro ainda tmida, sendo restrita a um nmero limitado de experincias no eixo Rio-So Paulo.O ensaio consiste em dilatar radialmente uma sonda cilndrica no interior do solo, e determinar a relao entre a presso aplicada, segundo um programa de carregamento, e o deslocamento da parede da sonda.Figura 25 Ensaio PMT: a) princpio de execuo (com sonda tipo Mnard), b) sonda auto-perfurante tip LCPC e c) idem, tipo Camkometer.Figura 26 Equipamento de PMTFigura 27 A clula pressiomtrica.2.6.1. Execuo do ensaioA sonda colocada no furo, com o auxlio de hastes de trado manual, e mantida na cota desejada, atravs de dispositivo de fixao. Feito o enchimento da sonda ao nvel do solo, deve-se desc-la dentro do furo fechando na posio capteur, de forma a evitar um aumento no raio da clula, sob o peso da coluna dgua contida na tubulao central. Um ligeiro estreitamento do tubo metlico que forma o corpo da sonda, ao nvel da clula central, permite diminuir este fenmeno, inevitvel alm dos 10m de profundidade. As sondas, sendo ocas, so facilmente deslocadas dentro de um furo cheio de gua, evitando-se o efeito de pisto.Antes do incio do ensaio, estima-se o valor da presso limite do solo na profundidade desejada. Essa presso , por definio, a que deve ser aplicada ao solo para que o volume inicial da cavidade dobre. Ou seja, a presso limite (Pl) aquela para a qual o volume da clula de medio alcana o valor 2(Vs+ Vc), ou ainda aquela para qual o volume de lquido injetado na cdula central igual a (Vs + 2 Vc), sendo: Vs o volume da cdulacentral demediodasonda; Vcovolumedeguainjetadoparaqueaclula central encoste nas paredes do furo.As tabelas 10 e 11 fornecem estimativas de Pl em funo da descrio do solo, da sua identificao tctil, da resistncia no-drenada (Su) no caso das argilas e do NSPT no caso das areias.Tabela 10 Estimativa da presso limite, Pl Argilas (Clarke, 1990)Tabela 11 Estimativa da presso limite Pl Areias (Clarke, 1990).Sugere-se que na indisponibilidade de uma estimativa confivel de Pl, um ensaio-pilotosejarealizado. Esseprocedimentopareceadequadoparasolos residuais, cujo enquadramento nas tabelas acima pode ser inadequado.Figura 28 Resultado do ensaio pressiomtrico.2.7 Ensaio de Palheta (Vane Test)O ensaio de palheta comumente utilizado para se obter, em argilas, a resistncia no drenada ao cisalhamento.O ensaio consiste basicamente em se cravar no macio argiloso uma palheta formada por 4 lminas, aplicando sobre a mesma um movimento de rotao e medindo-se a fora toro (torque) necessria para cisalhar a superfcie cilndrica envolvida pelas palhetas. Ao momento atuante opem-se os momentos devidos s resistncias que se desenvolvem ao longo da superfcie lateral e das bases do cilindro de ruptura do solo que envolve as duas placas retangulares. Na rotao os bordos da placa geram uma superfcie de revoluo. Na Figura 29 mostra-se foto e um esquema do equipamento.Figura 29 Equipamento Vane test.O furo empregado na sondagem pode ser o furo feito pela sondagem a trado ou o prprio furo da sondagem do ensaio SPT, sendo que a profundidade seja de pelo menos 50cm menor que o ponto a ensaiar, cravando-se a seguir a palheta. Deve-se minimizar ao mximo o amolgamento do solo.Atingida a cota a ensaiar, opera-se o equipamento de tal forma que a palheta gire a uma velocidade constante de 60/min. As leituras sero analisadas a cada 2 e desenhado o diagramadeMxrotaodapalheta. Toma-seovalormximoparaefeitodeanlise. A metodologia do ensaio pode ser vista na NBR-3122.Ograudesensibilidade daargila(S) podeser obtidomedindo-seotorque(ou momento M) da argila amolgada aps girar rapidamente 10 vezes a palheta.Para interpretar os resultados, defini-se Su apartir de M 283rMSuEm Ortigo e Collet (1986) pode-se ver como so apresentados grficos de resultados de ensaios realizados pelos autores numa argila orgnica da Baixada Fluminense (Sarapui) no estado do Rio de Janeiro. 2.8 Dilatmetro de MarchettiUma alternativa ao ensaio de SPTemprojetos onde mdulos de deformao confiveis so necessrios a utilizao de procedimentos que permitam a determinao in situ do comportamento tenso-deformao. Nesta categoria encontram-se os ensaios pressiomtricos e de placa, ou dilatmetros.Atcnica do dilatmetro foi desenvolvida em1980, pelo engenheiro Silvano Marchetti, originalmente apresentada nos Estados Unidos e rapidamente introduzida tambm nos pases da Europa. Hoje em dia, esse equipamento est em uso em todo o primeiro mundo e vem, lentamente, sendo incorporado aos costumes brasileiros. O processo compreende a introduo no terreno, de uma lmina muito delgada de ao inoxidvel de altssima resistncia, munida de uma membrana lateral expansvel, tambm de ao, porm extremamente delgada, para maior flexibilidade.Figura 30 Resistncia ao cisalhamento no drenada a partir dos ensaios de palheta.Essa membrana expandida contra o terreno, por meio da aplicao de presso de gs nitrognio extra-seco, disponvel em cilindros pressurizados, capaz de aplicar presso de at 800 tf/m. A expanso da membrana contra o terreno, imposta pela aplicao de uma presso, monitorada na superfcie, por um par de manmetros de preciso, que registra os valores das presses, necessrias para atingir a deformao pr-estabelecida.As presses po e p1 correspondem a deslocamentos da membrana de 0 mm e 1 mm, e p2 a presso de fechamento da membrana. Essas leituras so realizadas em incrementos de profundidade de 20 cm.Figura 31 Lmina do dilatmetro, com destaque para a membrana metlica.Figura 32 Equipamento de leitura de presses aplicadas lmina do DMT.Fornecendo assim, umpar de medidas de "tenso aplicada" e "deformao resultante", o que corresponde a avaliar as caractersticas de resistncia e compressibilidade dos solos ensaiados.So utilizados os seguintes ndices para estimativa dos parmetros dos solos:- mdulo dilatomtrico: ( )O Dp p E 17 , 34- ndice do material: O OODu pp pI1- Resistncia no-drenada:( )25 , 15 , , 0 'O vo Up S S Figura 33 Valores Medidos no ensaio dilatomtrico.Figura 34 Coeficiente de repouso Ko (Vieira, 1994).Figura 35 Valores de Su estimados pelo DMT (Vieira, 1994).Esses parmetros, obtidos de forma direta, a partir das medidas do comportamento "tenso x deformao" dos solos, fornecem confiveis informaes para o dimensionamento de fundaes e outras obras de geotecnia. Recomenda-se que o dilatmetro no seja avanado dinamicamente como no ensaio SPT, podendo-se utilizar, por exemplo, o equipamento para cravao do cone ou piezocone (CPT). O DMT tem custo mais baixo, e requer menos tempo do que muitos ensaios tradicionais de campo.2.9 Obteno de parmetros geotcnicos a partir de ensaios in situMuitos ensaios in situ tm sido utilizados para obteno de parmetros geotcnicos de projeto,com base em correlaes desenvolvidas,principalmente em pesquisas, a partir de ensaios de laboratrio e provas de carga de fundaes.2.9.1 Parmetros obtidos a partir de ensaio de cone CPT.a) Mdulo de deformao confinado Uma das primeiras correlaes conhecidas deve-se a Buiman (1940). A partir dela pode-se obter o mdulo oedomtrico a partir da resistncia de ponta do cone.c oedq E onde : Eoed=mdulooedomtrico(oude deformaoconfinado, =1/mv); qc= resistncia de ponta do coneOs valores de , segundo Buisman, foram considerados como: 1,5 para areias quando qc>30 kgf/cm2; 2 a 5 para argilas siltosas quando 15 1.Figura 177 Esquema de cargas no bloco.Onde: q = carga distribuda devido ao peso prprio do bloco e Ni = carga atuante na estaca i.O esquema de cargas permite calcular o momento fletor e o esforo cortante numa seo genrica S.Se for desprezado o peso prprio de bloco, as expresses acima podem ser escritas:O dimensionamento feito como se fosse uma viga flexvel traando-se os diagramas de M e Q e armado o bloco para esses esforos.2 caso: bloco rgido com relao 0,5 a/d 1.Nestecaso, oblococalculadopelomtododasbielas. Calcula-seinicialmentea fora T dada por:Figura 178 Esquema do bloco no mtodo das bielas.da NTi ix85 , 0E a seguir a armadura por:Hanecessidade deverificar senohesmagamentodabiela decompresso, bastando para tanto que:Tambm neste caso, deve ser disposta uma armadura horizontal com seo 3 caso: bloco rgido com relao a/d < 0,5.Nestecaso, hanecessidadedesegarantirquenoocorrarupturadoblocopor compresso diametral, analogamente ao que ocorre quando se ensaia um corpo de prova de concreto trao.Para tanto, a armadura principal ser constituda de estribos horizontais cuja seo e obtida por:Em queAarmadurainferiorserapenassecundriaeterapenascarterconstrutivo. Seu valor pode ser estimado por:Em que Tambm neste caso convm tambm verificar se no h possibilidade de esmagar a biela de compresso, sendo necessrio para tanto que:1 Exerccio: Dimensionar a armadura do bloco abaixo, adotando-se fck = 18 MPa e ao CA 50.Figura 179 Dados do exerccio.Soluo:Carga por estaca= 5800/6 = 967 kN.Para o bloco ser considerado rgido: 0,5 a/d 1.Adotando d = 80 cm.Adotando d = 90 cm e repetindo os clculos obtm-se:Armadura paralela ao lado menorFigura 180 Dimensionamento estrutural do bloco.6.8 Armadura de peleEmpeascomgrandealturadeseooucomgrandescobrimentos daarmadura principal, deve-se evitar a fissurao superficial excessiva com o emprego de armadura de pele. Essa armadura formada por barras de ao paralelas e prximas s faces dessas peas. Segundo a NBR 6118:2003, a armadura de pele obrigatria para peas com altura de seo maior que 60cm. A rea total dessa armadura, em cada face da pea, deve ser igual a:Onde h a altura do bloco.Em blocos sobre 2 estacas, a largura b igual prpria largura do bloco. Nos blocos sobre 3 estacas ou mais, pode-se tomar como b a largura definida pelo dimetro da estaca mais o balano livre em cada lado da estaca:Figura 181 Largura de um bloco de 2 estacas.O espaamento mximo entre as barras dessa armadura no deve ser superior a 20cm.6.9 Armadura de suspensoEmboraomodelodebielas admitaquetodaacargavertical sejatransmitidas estacas por meiodas bielas principais comprimidas, nocomportamentoreal dos blocos surgem bielas secundrias entre as estacas. Ou seja, parte da carga vertical total se propaga para o intervalo entre as estacas - regio onde no existe um apoio direto.Logo, deve-se suspender essa parcela de carga por meio de armaduras de suspenso (estribos).A rea total de armadura de suspenso entre duas estacas calculada por:Onde n o nmero de estacas e P a fora vertical de clculo (fora normal do pilaracrescida do peso prprio do bloco).Segundo a NBR6118:2003, a armadura de suspenso obrigatria quando o espaamento entre os eixos das estacas for maior que 3est.6.10 Verificao do cisalhamento por fora cortanteEm blocos sobre estacas, assim como nas sapatas, evita-se a colocao de armaduras transversais para fora cortante. Dessa forma, prefervel projetar o bloco de tal forma que apenas o concreto tenha resistncia para resistir aos esforos de cisalhamento, dispensando a armadura para cortante.A dispensa de armadura transversal para a fora cortante permitida se:A verificao do esforo cortante feita numa seo de referncia S2, distante d/2 da face do pilar.OndeAsareadearmaduralongitudinal nadireoanalisadaequepassapela seo S2; bw a largura da seo S2;d a altura til mdia na seo S2.ANEXOTabela 1A Valores orientativos para projetos de estacas (Alonso, 1983).Tabela 1A Valores orientativos para projetos de estacas (Alonso, 1983) - continuao