Geotecnia e Mecanica de Rochas - Material Completo

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

    CURSO DE ESPECIALIZAO EM LAVRA E TECNOLOGIA MINERAL

    BLOCO I: FUNDAMENTOS

    DISCIPLINA: GEOTECNIA E MECNICAS DAS ROCHAS

    AGOSTO/2010

  • Apresentao da Disciplina

    Para o atendimento de suas necessidades (energia, transporte, alimentao, moradia, segurana fsica, comunicao, etc) o Homem inexoravelmente levado a aproveitar uma srie de recursos naturais (gua, petrleo, minrios, energia hidrulica, solos, etc) e a ocupar o meio fsico, que conseqentemente modifica os espaos naturais das mais diversas formas (cidades, agricultura, indstrias, usinas eltricas, vias de transporte, portos, canais, disposio de rejeitos ou resduos, etc), o que j o transformou no mais poderoso agente geolgico atuante na superfcie do Planeta Terra. Assim, para que esse comando da natureza por parte do Homem seja bem sucedido deve haver a incorporao (obedincia) das leis que regem as caractersticas dos materiais e dos processos geolgicos naturais afetados.

    As aes humanas dessa ordem devem ser inteligentes, eficientes e provedoras de qualidade de vida no planeta, para essa gerao e para as futuras. Isto s ser possvel atravs da sustentabilidade, da obedincia e entendimento das leis da Natureza nas atitudes comportamentais e nas solues de

    engenharia apontadas. A experincia mostra que os projetos de Engenharia so bem sucedidos, em relao aos

    condicionamentos geolgicos, quando h uma adequada interao entre o gelogo e o engenheiro. Isto , o gelogo define o quadro fsico, o engenheiro concebe a obra e ambos ajustam a concepo e o projeto s condies do meio fsico.

    A geologia aplicada engenharia tem uma estreita associao com dois outros campos das cincias tcnicas, quais sejam a mecnica dos solos e a mecnica das rochas, junto s quais comumente reunida sob a denominao Geotecnia e com as quais divide o acervo tecnolgico bsico, em ntido

    contexto de intercmbio e colaborao mtua. A disciplina Geotecnia e Mecnica das Rochas tem com objetivo principal mostrar a

    interface dos conhecimentos que existem entre a geologia aplicada engenharia, no caso especfico desta disciplina, com nfase nos empreendimentos de minerao e de transformao mineral, nas suas etapas de projeto, implantao, operao e desativao.

    Os tpicos 1, 2 e 3 apresentam uma abordagem simples e concisa dos principais fundamentos da geotecnia, da geologia de engenharia, da mecnica dos solos e das mecnica das rochas.

    O tpico 4 aborda as principais tcnicas de investigao geolgica- geotcnica para melhor caracterizao do meio fsico.

    O tpico 5 apresenta as principais aplicaes da geotecnia para diferentes problemas do meio fsico relacionados com as atividades mineiras.

  • SUMRIO Parte 1 - Introduo

    1.1 Introduo geotecnia 1.2 A importncia da geotecnia nas atividades mineiras

    Parte 2 Mecnica dos Solos 2.1 Caracterizao dos solos 2.2 ndices Fsicos 2.3 Classificao dos solos

    2.3.1 Classificao textural ou granulometrica 2.3.2 Classificaes genticas 2.3.3 Classificao geotcnica

    2.4 Presses atuantes no solo 2.4.1 Presso vertical devido ao peso da terra Nvel de terreno horizontal 2.4.2 Presso vertical devido ao peso da terra Nvel de terreno inclinado 2.4.3 Presso de gua no solo

    2.5 Resistncia ao cisalhamento (resistncia e deformabilidade) 2.5.1 Ensaios geotcnicos para a determinao da resistncia ao cisalhamento dos solos

    2.6 Questes de fixao

    Parte 3 Mtodos de Investigao Geotcnica 3.1 Tipos de prospeco geotcnica 3.2 Amostragem

    3.2.1 Amostra deformada 3.2.2 Amostra Indeformada

    3.3 Questes de fixao

    Parte 4 Mecnica das Rochas 4.1 Caracterizao de macios rochosos 4.2 Classificao geomecnica 4.3 Questes de fixao

    Parte 5 Aplicao 5.1 Estudos geolgicos e geotcnicos para fundaes

    5.1.1 Introduo 5.1.2 Fundaes Superficiais 5.1.3 Fundaes Profundas 5.1.4 Investigaes geotcnicas, geolgicas e observaes locais

    5.2 Estabilidade de Taludes 5.2.1 Fatores que geram escorregamentos de solos/rochas 5.2.2 Mecanismos de ruptura 5.2.3 Mtodos de anlise de estabilidade 5.2.4 Mtodos de Estabilizao 5.2.5 Estabilidade de taludes em minerao a cu aberto

    5.3 Escavaes Subterrneas 5.3.1 Estabilidade de escavaes subterrneas mineiras 5.3.2 Tipos de Instabilidade 5.3.3 Tenses devido a escavao

  • 5.3.4 Distribuio de tenses 5.3.5 Mecanismos de ruptura 5.3.6 Mtodos de anlises tericas do comportamento de escavaes 5.3.7 Uso das classificaes geomecnicas 5.3.8 Anlise sobre estabilidade de escavaes subterrneas

    5.4 Barragens 5.4.1 Barragem de concreto-gravidade 5.4.2 Barragem de gravidade aliviada e de contraforte 5.4.3 Barragem em arco 5.4.4 Barragem de Terra 5.4.5 Estudos necessrios para elaborao e apresentao de projeto de barragem de rejeitos 5.4.6 Projeto de barragem

    5.5 Legislao 5.6 Questes de fixao

    Parte 6 - Bibliografia

  • PARTE 1 - INTRODUO 1.1. Introduo geotecnia

    A geotecnia formada por trs reas de estudo: a geologia de engenharia, a mecnica dos

    solos e a mecnica das rochas, que tm como objetivo a caracterizao e o entendimento do comportamento dos materiais e terrenos da crosta terrestre para fins de engenharia.

    Figura 1- Posicionamento disciplinar na engenharia (Santos, 2002).

    A conceituao epistemolgica oficial que consta nos estatutos da ABGE Associao Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental, a Geologia de Engenharia a cincia dedicada investigao, estudo e soluo dos problemas de engenharia e meio ambiente

    decorrentes da interao entre as obras, atividades do Homem e o meio fsico geolgico, assim como ao prognstico e ao desenvolvimento de medidas preventivas ou reparadoras de acidentes

    geolgicos. Assim, a geologia de engenharia um ramo das geocincias aplicada, responsvel pelo domnio tecnolgico de interface entre a atividade humana e o meio fsico geolgico.

    A conceituao de mecnica dos solos foi dada por Terzaghi (1944) e Vargas (1977), sendo a Mecnica dos Solos a rea de estudo responsvel pelos estudos tericos e prticos sobre o comportamento dos solos materiais terrosos tanto pelas suas caractersticas fsicas, quanto pelas suas propriedades mecnicas (equilbrio e deformao), sob o enfoque de sua solicitao pela engenharia, isto , quando so submetidos ao acrscimo ou alvio de tenses. No Brasil existe a ABMS Associao Brasileira de Mecnica de Solos, que responsvel pelo progresso da tcnica e da pesquisa cientfica, alm de manter o intercmbio com associaes geotcnicas e com especialistas de outros pases.

  • A ISRM International Society for Rock Mechanics sugere a conceituao de Mecnica das Rochas em seus estatutos como sendo todos os estudos relativos ao comportamento fsico e mecnico das rochas e macios rochosos e a aplicao desse conhecimento para o melhor entendimento de processos geolgico e para o campo da engenharia. A ABMS junto com o CBT- Comit Brasileiro de Tneis dedicam suas atividades mecnica das rochas e suas aplicaes.

    De acordo com Santos (2002), no contexto epistemolgico que os fenmenos geotcnicos do mbito da geologia de engenharia sero qualitativamente e dinamicamente explicados por esta

    rea de estudo, mas quantitativamente e mecanicamente somente equacionados pelas leis da mecnica dos solos e das rochas. Ou seja, os fenmenos de geologia de engenharia desenvolvem-se segundo as leis da mecnica dos solos e da mecnica das rochas.

    A seguir as reas de aplicao da geotecnia no pas e no mundo, sendo determinadas tanto por tipo de solicitao aos terrenos, como por tipos de fenmenos geotcnicos, tcnicas de apoio, outras reas de conhecimento e campos de atividades.

    Barragens Obras virias Obras subterrneas Fundaes Taludamento, desmonte, escavaes Cidades Explorao mineral Agricultura Portos, vias navegveis, lagos e canais Impactos ambientais Disposio de

    resduos Riscos geolgicos Materiais naturais de construo Estabilidade de taludes e encostas Estabilidade de macios

    Eroso e assoreamento Colapso e subsidncia Hidrogeologia Mtodos de investigao de terrenos e materiais Instrumentao geolgica- geotcnica Cartografia geotcnica Informtica Aplicada Geofsica aplicada Geologia histrica/ dinmica externa/ interna Ensino Arqueologia/ Paleontologia Espeleologia Explorao Espacial Outros

    1.2. Importncia da Geotecnia nas Atividades Mineiras A Geotecnia tem atuao efetiva em todas as etapas dos empreendimentos de minerao e de

    transformao mineral, isto , desde a concepo do projeto at a sua desativao. Seu destaque na rea de minerao se d pela crescente demanda mundial dos bens minerais, o porte cada vez maior dos empreendimentos e a importncia, necessria, com as questes de segurana e meio ambiente.

    Enquanto a Geologia de Minas se ocupa da distribuio e da qualidade do minrio na mina, a Geologia de Prospeco Mineral busca a continuidade do corpo mineralizado ou outras ocorrncias ou jazidas minerais, o conhecimento de Geologia de Engenharia aplicado desde os servios da atividade mineira, propriamente dita, tais como: estabilidade dos taludes, mina cu aberto, escavaes das

  • minas subterrneas, disposio de estril, barragens de rejeitos e drenagem de gua, at os servios tpicos de obras civis indispensveis nesses empreendimentos, tais como: fundaes, terraplenagem, drenagem e pavimentao, sendo sua relevncia determinada pelo porte desses empreendimentos mineiros, por aspectos de custos, segurana ou ambientais.

    O conhecimento e entendimento das feies geolgicas so de suma importncia nas atividades mineiras, cujo detalhamento depender do porte e da complexidade envolvida nas obras, como por exemplo: nas minas a cu aberto, ngulos de talude mais suavizados por condicionamentos geolgicos,

    podem significar acrscimos de dezenas de milhes de m3 de estril. A ruptura de minas subterrneas pode levar morte centenas de pessoas e o deslizamento de barragens de rejeitos pode causar danos ambientais e econmicos de grande magnitude. Desta forma, o conhecimento e considerao dos fatores geolgicos so imprescindveis ao projeto, operao e desativao de empreendimentos mineiros.

  • PARTE 2 MECNICA DOS SOLOS O solo pode ser considerado sob o aspecto de ente natural e, como tal, tratado pelas cincias

    que estudam a natureza, como a geologia, a agronomia, a pedologia e a geomorfologia. Por outro lado, pode ser considerado como um material de construo utilizvel nas obras de engenharia. Como conseqncia desse tratamento desigual, os conceitos tambm so diferentes e com abrangncias diferentes.

    rea Conceito Pedologia Material natural constitudo de camadas ou horizontes compostos por minerais e/ou

    orgnicos Agronomia Camada superficial de terra arvel, possuidora de vida microbiana Geologia Produto do intemperismo fsico e qumico das rochas Edafologia Material terroso capaz de fornecer nutrientes para s plantas Engenharia Civil Material terroso de fcil desagregao pelo manuseio ou pela ao da gua Geotecnia Material terroso resultante dos processos de intemperismo e transporte, escavvel

    com lmina

    Na geotecnia a caracterizao e a classificao dos solos objetiva prever o comportamento mecnico e hidrulico dos solos, em obras de engenharia, de minerao e de meio ambiente, com o conhecimento, ao mesmo tempo, das suas formas de ocorrncia e da geometria das camadas nos locais de estudo.

    2.1. Caracterizao dos solos A caracterizao dos solos corresponde determinao das caractersticas dos solos de maneira

    a se poder distinguir uns dos outros, e assim realizar amostragens adequadas para a execuo dos ensaios que permitam classific-los.

    A base da caracterizao a descrio dos aspectos, ou caractersticas que explicam o carter do solo, visando classificao mais adequada, com ser apresentada as diversas classificaes no item 2.3.

    Assim, a sequncia lgica do procedimento completo a descrio caracterizao classificao.

    A descrio dos solos feita destacando: - Textura, isto , o tamanho dos gros constituintes do solo;

    - Cor;

  • - As estruturas presentes no solo, como estruturas reliquiares da rocha fonte, ou de alteraes qumicas e/ou fsico-qumica dos minerais, ou herdadas do processo de sedimentao, no caso de solos transportados ou dos processos edficos;

    - Plasticidade do solo, para solos com presena de argila; - Etc.

    Este conjunto de aspectos que configuram o procedimento como anlise ttil- visual.

    2.2. ndices Fsicos Uma massa de solo pode ser considerada como um conjunto de partculas slidas, encerrando

    vazios de tamanhos e formas variadas que, por sua vez, podem estar preenchidos com gua, ar ou ambos, desta forma o comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma dessas

    trs fases (slidos, gua e ar), como apresentada na figura abaixo.

    Assim o comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das trs fases.

    Diversas relaes so empregadas para expressar as propores entre elas como apresentada na figura abaixo.

  • Os ndices fsicos so os seguintes: - Teor de Umidade ou Teor de Umidade Natural: expresso pela letra h, que representa a

    relao entre o peso da gua (Pa) e o peso dos slidos (Ps), definido como a razo entre o peso da gua e o peso total, sendo expresso em percentagem.

    Para a sua determinao, pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em estufa a 105C at a constncia de peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das duas fases, a umidade calculada.

    - ndices de vazios: expresso pela letra e, corresponde razo entre o volume de vazios e o volume das partculas slidas, sendo expresso como decimal.

    O ndice de vazios uma medida de densidade e, portanto, representa uma das caractersticas mais importantes para a definio de um solo. Dessa propriedade dependem, por exemplo, a

    determinao da permeabilidade, da compressibilidade e resistncia ruptura. - Porosidade: expressa pela letra n, consiste na razo do volume de vazios pelo volume total

    da massa de solo amostrada, sendo expressa em percentagem.

    Da mesma forma que o ndice de vazios, a porosidade uma medida de densidade do solo e que considera a relao entre os volumes. De acordo com a IAEG (1979), a porosidade e o ndice de vazios podem ser classificados segundo a tabela a seguir:

    Classe ndice de vazios (e) Porosidade (n) Termo

    1 Maior que 1 Maior que 50 Muito alta

  • 2 1,0 - 0,80 50 - 45 Alta

    3 0,80 - 0,55 45 - 35 Mdia

    4 0,55 - 0,43 35 - 30 Baixa

    5 Menor que 0,43 Menor que 30 Muito baixa

    - Grau de Saturao: expresso pela letra G, corresponde razo do volume de gua pelo

    volume de vazios, sendo expresso em porcentagem.

    O grau de saturao representa a percentagem do volume de vazios do solo que contm gua. Se o solo seco, ento G = 0 e, se o solo se com todos os poros preenchidos por gua, ento G = 100%, uma vez que Va = Vv.

    A determinao do grau de saturao de grande importncia no estudo das propriedades fsicas do solo pela sua influncia na permeabilidade, na compressibilidade e na resistncia a ruptura do solo.

    O grau de saturao, de acordo com a IAEG (1974), pode ser classificado em: Grau de saturao (%) Denominao

    0 -25 Naturalmente seco

    25 - 50 mido

    50 - 80 Muito mido

    80 - 95 Altamente saturado

    95 - 100 Saturado

    - Peso Especfico do Solo: expresso pela letra , distinguem-se vrios pesos especficos para os solos in situ. O peso especfico de um solo definido como sendo a razo entre o peso de um determinado componente das trs fases do solo, pelo seu volume, sendo expressa por kN/m. Assim,

    pode ser ter:

    1. Peso especfico natural (nat): a razo entre o peso da amostra de solo pelo volume da mesma, como coletada no campo. Implica em certo contedo de gua, armazenada entre as partculas slidas:

    Na equao acima o peso do ar considerado igual a zero para efeito do clculo, por isso no levado em considerao na equao.

    Para a sua determinao, molda-se um cilindro do solo, podendo ser in situ ou de uma amostra indeformada, cujas dimenses so conhecidas, para permitir o clculo do volume.

  • 2. Peso especfico dos gros ou dos slidos (s): a razo entre o peso dos gros constituintes do solo pelo volume ocupado pelos mesmos. O peso, aqui levado em conta, aquele que subsiste aps a perda de toda a gua intersticial, por processo de secagem na estufa. O volume ocupado pelos slidos pode ser obtido por comparao com o volume da gua deslocada pelos mesmos:

    Para a sua determinao em laboratrio, coloca-se um peso seco conhecido do solo um picnmetro e, completando-se com gua, determina-se o peso total. O peso do picnmetro s com a gua, mais o peso do solo, menos o peso do picnmetro com solo+gua, o peso da gua que foi substituda solo. Deste peso, calcula-se o volume de gua que foi substitudo pelo solo e que o volume do solo. Com o peso e o volume, tem-se o peso especfico dos slidos. Abaixo um esquema

    ilustrativo da determinao do volume do peso especfico dos gros.

    3. Peso especfico da gua (a): a razo entre o peso de uma quantidade de gua e o volume da mesma:

    Embora varie um pouco com a temperatura e com os sais dissolvidos, adota-se sempre como igual a 10 kN/m.

    4. Peso especfico aparente seco (d): a razo entre o peso dos gros constituintes do solo pelo volume total. Corresponde ao peso especfico que o solo teria se viesse a ficar seco, se isto pudesse ocorrer sem que houvesse variao de volume:

  • O peso especfico aparente seco pode tambm ser denominado como densidade relativa das

    partculas ou dos gros (). A densidade relativa das partculas/ peso especfico dos gros em funo dos seus constituintes mineralgicos.

    5. Peso especfico saturado (sat): o peso total da amostra de solo depois de saturada com gua. dado pela seguinte relao:

    6. Peso especfico submerso (sub): o peso especfico do solo in situ quando este est submerso na gua e submetido ao empuxo de Arquimedes. Equivale, por definio, seguinte expresso:

    O peso especfico submerso serve para clculos de tenses efetivas. - Massas especficas: a relao entre a quantidade de matrias (massa) e volume. A massas

    especficas so expressas geralmente por ton/m, kg/m ou mais comumente g/cm.

    importante lembrar que a relao entre os valores numricos dos pesos especficos e as massas especficas constante.

    Como podemos observar os ndices fsicos do solo expressam relaes matemticas, abaixo diversos esquemas que mostram diversas correlaes entre os ndices fsicos, que facilitam os clculos

    e resultam em fcies dedues, para a determinao dos ndices por diversas expresses.

    Limites de Consistncia de Atterberg O comportamento de um solo argiloso varia enormemente em funo do teor de umidade (h),

    podendo passar de um estado quase lquido, como a lama, at um estado slido, como por exemplo, as cermicas. Nessa passagem, podem ser definidos vrios estados intermedirios de consistncia, e os teores de umidade que os definem so conhecidos como limites de consistncia de Atterberg, em

    homenagem ao engenheiro agrnomo sueco Atterberg (1911), que props a subdiviso.

  • Os limites de consistncia dos solos so conhecidos como Limite de Contrao (LC), de Plasticidade (LP) e de Liquidez (LL). Onde o LC corresponde transio entre os estados slido e semi-slido, o LP corresponde transio entre os estados semi-slido e lquido, enquanto que o LL define o teor de umidade acima do qual o solo passa do estado plstico ao estado lquido, como apresentado no esquema abaixo.

    - Limite de Liquidez (LL): tomando-se inicialmente um solo em estado lquido, pode-se faz-lo passar para o estado plstico pela gradual perda dgua. No estado lquido, a mistura solo-gua tal

    que sua resistncia ao cisalhamento nula. - Limite de Plasticidade (LP): diminuindo-se ainda mais a umidade, o solo deixar de ser

    plstico no LP. Passando a partir da, a ter um comportamento quebradio. Define-se como a plasticidade de um solo a sua propriedade de se deformar sem sofre rupturas ou fissuramentos, sendo esta propriedade tanto mais importante, quanto mais argiloso for o solo. O solo tem um comportamento

    plstico no intervalo de umidade entre LL e LP. - Limite de Contrao (LC): mesmo continuando a perder gua, chega-se a um ponto onde o

    volume total da amostra no sofrer mais diminuio. Este ponto corresponde ao LC, aps o que o solo passa para o estado slido.

    Os limites de consistncia so obtidos atravs de ensaios rotineiros nos laboratrios de mecnica dos solos.

    A partir da determinao desses limites, calculam-se ndices de estado importantes de um solo argiloso, como o ndice de Plasticidade, ndice de Contrao, ndice de Consistncia e ndice de Liquidez.

  • - ndice de Plasticidade (IP): dado pela diferena entre os limites de liquidez e de plasticidade, fornecendo uma gama de variao de umidade dentro do domnio plstico, assim quanto maior for o IP, maior a plasticidade do solo.

    Existe uma classificao da IAEG (1979) dos solos baseada no IP, apresentada na tabela abaixo. Denominao ndice de Plasticidade

    No plsticos IP

  • 2.3.1. Classificao textural ou granulometrica Esta classificao tem como base a textura do solo, ou seja, com o tamanho de suas partculas,

    que dimensionado atravs do ensaio de granulometria. uma classificao limitada, uma vez que, o comportamento dos solos no depende apenas do tamanho dos gros. Entretanto, uma informao essencial para a descrio dos solos.

    As escalas granulomricas mais utilizadas para a classificao textural dos solos so as elaboradas pelo MIT, USBS, e pela ABNT.

    A escala granulomtrica da ABNT (NBR 6502) divide o solo como apresentada na tabela abaixo.

    Frao Limites definidos pela norma tcnica da ABNT

    Mataco De 25cm a 1m

    Pedra De 7,6cm a 25cm

    Pedregulho De 4,8mm a 7,6cm

    Areia grossa De 2,0mm a 4,8mm

    Areia mdia De 0,42mm a 2,0mm

    Areia fina De 0,05mm a 0,42mm

    Silte De 0,005mm a 0,05mm

    Argila Inferior a 0,005mm

    2.3.2. Classificaes genticas As classificaes genticas mais utilizadas na geotecnia so a geolgica e a pedolgica. Estas

    classificaes servem de ferramentas para a interpretar a distribuio e o comportamento das diferentes camadas de solo de uma determinada rea. Entretanto, estas classificaes no permitem prever

    diretamente as propriedades mecnicas e hidrulicas dos solos de interesse. Classificao geolgica

    O processo geolgico formador do solo consiste, basicamente, no intemperismo, por desagregao e decomposio in situ da rocha subjacente, dando origem aos solos denominados de residuais. Caso haja a eroso, o transporte e a deposio dos materiais existentes na superfcie, forma-se os chamados solos transportados.

  • Solos Residuais ou In situ so formados a partir da decomposio das rochas pelo intemperismo, seja qumico, fsico ou a combinao de ambos, e que permanecem no local onde foram formados, sem sofrer qualquer tipo de transporte. A natureza destes solos, ou seja, sua composio mineralgica e granulomtrica, estrutura e espessura, dependem do clima, relevo, tempo e tipo de rocha

    de origem. Os solos residuais podem ser eluvionar e solo de alterao. O solo eluvionar ocorre na

    superfcie, apresentando-se macroscopicamente homogneo e isotrpico. Tambm chamado de solo superficial e solo residual maduro. Enquanto que, o solo de alterao ocorre abaixo do solo eluvial e se apresenta heterogneo e anisotrpico devido presena das estruturas das rochas originais. Tambm chamado de saprolito e solo residual jovem.

    Solos Transportados so os solos que sofreram transporte por agentes geolgicos do local de origem at o local onde foram depositados, no tento ainda sofrido consolidao. Os solos transportados podem ser aluvies, terraos aluvionares, coluvies, tlus, sedimentos marinhos e solos elicos.

    Os Aluvies so constitudos por materiais erodidos, retrabalhados e transportados pelos cursos dgua e depositados nos seus leitos e margens, ou ainda depositados nos fundos e nas margens de

    lagoas e lagos, sempre associados a ambientes fluviais.

  • Os Terraos Aluvionares so aluvies antigos, depositados quando o nvel do curso dgua, encontrava-se em posio superior atual. Consequentemente, os terraos sempre so encontrados em cotas mais altas do que as dos aluvies.

    Os Coluvies so depsitos de material solto, encontrados no sop de encostas e que foram transportados pela ao da gravidade ou, simplesmente, material decomposto, transportado por gravidade. Estes solos tm como caracterstica importante sua baixa resistncia ao cisalhamento, podendo apresentar movimentos lentos, como o rastejo e sendo, frequentemente, envolvidos pela maioria dos escorregamentos de encostas.

    Os Tlus so depsitos formados pelo mesmo processo de transporte por gravidade, em encostas, que produz os coluvies, diferenciando-se pela presena ou predominncia de blocos de rocha, resultando em solos pouco espessos na fonte, o que restringe a ocorrncia de tlus ao sop de encostas de forte declividade ou, ento, ao p de escarpas rochosas.

    Os Sedimentos Marinhos so formados em ambientes de praia e de manguezal. Em praias a deposio essencialmente de areias limpas, finas a mdias, quartzosas. Enquanto que nos manguezais, a deposio de sedimentos finos e argilosos, que se depositam incorporando matria orgnica, dando origem as argilas orgnica marinhas.

    Os Solos Elicos so transportados e depositados pela ao do vento, ocorrem junto costa litornea. So constitudos por areias finas, quartzosas, bem arredondadas, ocorrendo na forma de dunas.

    Perfil Geolgico Classificao pedolgica

    A classificao pedolgica visa o seu interesse na parte mais superficial do perfil do subsolo, onde mais evidente a atuao de fatores pedogenticos, diferenciando este perfil em horizontes denominados de O, H, A, E, B, C, F e R. Destes, os horizontes A, B e C so os mais considerados para a geotecnia.

    O Horizonte A o horizonte mineral superficial ou subjacente a camada orgnica (horizontes O e H), com a incorporao de matria orgnica mineralizada. o horizonte de maior atividade biolgica, apresentando colorao escurecida pela presena de matria orgnica.

    O Horizonte B o horizonte mineral subsuperficial situado sob o horizonte A. o horizonte diagnstico mais importante na diferenciao das classes de solo, resultado de transformaes relativamente acentuadas do material originrio e/ou ganho de constituintes minerais e/ou orgnicos migrados de outros horizontes.

  • O Horizonte C o horizonte ou camada mineral, relativamente pouco afetado pelos processos pedogenticos, formado a partir da decomposio das rochas. Em Pedologia constitui o que se denomina material de origem dos solos, ou substrato pedogentico.

    A utilizao da classificao pedolgica em geotecnia tem grande importncia pela riqueza de contedo e de informaes, que podem ser obtidas atravs de sua interpretao. Um das aplicaes de mapas pedolgicos seria, por exemplo, auxiliar na compreenso de processos de dinmica superficial, como a eroso.

    Entretanto, h algumas limitaes na utilizao desta classificao, em funo de vrios aspectos, entre os quais podem ser citados:

    - A disponibilidade pequena de mapas pedolgicos; - informaes tradicionalmente limitadas aos horizontes A e B. sendo que em muitas obras

    civis, tais horizontes so removidos, parcial ou totalmente; O fato de grupos pedolgicos distintos poderem apresentar o mesmo comportamento geotcnico

    e o fato de um mesmo grupo apresentar diferentes propriedades geotcnicas.

    Perfil Pedolgico

    2.3.3. Classificao geotcnica Classificaes geotcnicas convencionais

    So consideradas classificaes geotcnicas convencionais aquelas que se baseiam nos ensaios

    de granulometria e limites de Atterberg (limite de liquidez e de plasticidade) para classificar e determinar o estado dos solos. Entre as mais utilizadas no mundo encontra-se o SUCS, derivada da classificao de Casagrande (1948), inicialmente denominada Sistema de Classificao de Aeroportos, e a Classificao do HRB, tambm conhecida como classificao da AASHTO.

    Estas classificaes possuem limitaes, uma vez que, foram desenvolvidas para solos de pases de clima temperado, assim apresentam limitaes e incompatibilidades quando aplicadas em solos tropicais, como o nosso. As principais limitaes so as relativas disperso dos resultados e as relativas correlao entre as propriedades-ndices, como granulometria, limite de plasticidade e limite

    de liquidez.

    Sistema Unificado de Classificao de Solos (SUCS): Os solos so agrupados em 14 grupos, representados por duas letras, da seguinte forma: Solos grossos: GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, SC; Solos finos: CL, ML, OL, CH, MH, OH, PT.

  • O significado da primeira letra o seguinte: G gravel (pedregulho); S sand (areia); C clay (argila); M m (silte em sueco); O organic (orgnico); PT peat (turfa).

    O significado da segunda letra para solos grossos: W- well (bem graduada); P- poor (mal graduada); M m (silte em sueco); C clayey (argiloso). E para solos finos: L low (baixa plasticidade); H high (alta plasticidade).

    A tabela abaixo apresenta os critrios para a classificao dos solos nos grupos do SUCS, atravs de ensaios de laboratrios. Para a classificao dos solos finos, h a necessidade de se utilizar a

    carta de plasticidade apresentada na figura a seguir.

  • Classificao de Highway Research Board (HRB): Esta classificao aplicada em estradas, subdividida em oito grupos (A-1 a A-8), de acordo

    com sua granulometria, sendo o grupo A-1, o grupo de melhores propriedades e o A-8, ode pior qualidade.

    Este sistema sofreu reviso pelo Highway Research Board, por isto a denominao de classificao HRB. Nesta reviso, alguns grupos foram subdivididos e foi introduzido o ndice de grupo (IG), que em funo da porcentagem em peso do material com menor que a peneira 0,074mm, do limite de liquidez (LL) e do ndice de plasticidade (IP). Abaixo a tabela com os procedimentos para a classificao dos solos pela HRB.

  • Classificaes geotcnicas no- convencionais Existem classificaes geotcnicas consideradas no convencionais por no utilizarem, como

    ndices classificatrios, a granulometria e os limites de Atterberg.

    2.4. Presses atuantes no solo Existem diferentes formas de presso que atuam nos solos. Primeiramente ser analisada a

    presso atuante em um ponto qualquer do solo devido ao peso do material sobrejacente e, em seguida, as presses devidas presena da gua, como a presso neutra, a presso efetiva e a presso de percolao. Alm disso, outros fenmenos associados presena de gua no solo sero examinados, como a areia movedia, o piping e a capilaridade.

    2.4.1. Presso vertical devido ao peso da terra Nvel de terreno horizontal Consideremos inicialmente um perfil geotcnico, no qual o nvel do terreno horizontal e o

    solo homogneo, com o peso especfico natural (nat). Nestas condies, o peso de um prisma desse solo, com uma base de rea A e altura Z dado por:

    P = nat ZA

  • A presso vertical (v) que atua sobre um plano (A), situado a uma profundidade (Z), pode ser obtida considerando-se o peso da coluna do solo acima de A, dividindo pela rea. Partindo-se da definio de presso ou stress, tem-se:

    v = P/A

    Substituindo-se nesta equao o valor de P fornecido pela equao anterior, tem-se que:

    v = nat Z

    Onde (v) a presso vertical exercida pelo solo e (A) a rea de atuao da fora peso P. Se o solo acima de (A) for estratificado, constituindo-se por uma sucesso de diversas camadas

    uniformes, de espessura Z1, Z2, etc. e, com pesos especficos naturais (nat1, nat2), etc, o valor de (v) ser dado por:

    v = n

    i=1 nat i Zi

    2.4.2. Presso vertical devido ao peso da terra Nvel de terreno inclinado Consideremos agora um prisma de um solo com peso (P), altura (Z), peso especfico natural

    (nat) e com uma superfcie inclinada de (i) graus em relao horizontal. O prisma de solo est em equilbrio, sendo iguais e opostas as presses que atuam nas fases

    laterais do mesmo (E1, E2). O peso do prisma de solo, considerando-se que sua dimenso perpendicular unitria, dado por:

    P = nat boZ = nat bZcos i A resultante das presses verticais atuantes na base do prisma igual ao peso (P), dividido pela

    rea em que atua, ou seja: v = P/A= P/b

    Onde substituindo o (P) pela equao anterior, teremos: v = nat Zcos i

    Se i = 0 (superfcie do solo horizontal), ento v = nat Z, como obtido em terreno horizontal. No caso de uma poro do perfil do solo se apresentar saturada com gua, ento no clculo de

    presso vertical que atua em um plano (A), dever ser levado em conta as camadas acima e abaixo no nvel da gua (NA) e substituir (nat) por (sat) na segunda camada de solo, ou seja:

    v = nat Z1 + sat Z1

  • 2.4.3. Presso de gua no solo Presso neutra e presso efetiva

    O conceito de presso neutra pode ser demonstrado atravs da experincia descrita abaixo: Em uma proveta coloca-se uma certa quantidade de areia, submersa a uma altura de gua (h1)

    (NA1). Se aumentarmos a altura do nvel dgua (NA2) a uma altura h2, tomando-se o cuidado de no perturbar a areia no processo de acrscimo de gua, verifica-se que a areia permanece inalterada, ou seja, com a mesma espessura, mesmo ndice de vazios, etc., apesar do acrscimo de presso vertical, equivalente a (h2-h1)a.

    Se carregarmos agora a superfcie da areia com um peso equivalente da gua da experincia anterior, com gros de chumbo, por exemplo, notaremos que a areia diminui de volume, implicando

    ento em acrscimo de presso sobre o arcabouo da areia. No primeiro caso, o acrscimo de presso foi sentido apenas na gua intersticial, conforme

    verificado no piezmetro ligado esquerda da proveta, como demonstrado no esquema da figura acima. Enquanto que no segundo caso exposto, a presso atuou diretamente nos gros de areia.

    Conclui-se dessa experincia pela existncia de dois tipos de presso: uma que igual presso da gua intersticial (ou dos poros), no causa modificaes no arcabouo dos slidos e denominada de presso neutra () e outra, que se transmite de gro a gro, causa modificaes no arcabouo slido e denominada de presso efetiva (e).

    A presso neutra num ponto do solo corresponde carga piezomtrica, sendo igual a:

    = ah Na equao acima, h representa a altura que a gua alcana em um piezmetro instalado no

    ponto considerado no solo.

    A presso total (t) atuante sobre um determinado horizonte do solo determinada, considerando-se o peso total de todos os materiais (solo e gua) sobrejacente ao referido plano. Assim:

    t = natZ

    O valor de (nat) dever ser substitudo por (sat) no caso de solo saturado. A presso neutra, ou de poros, por ser exercida por um lquido, tem como caracterstica

    principal a de atuar com igual intensidade em todas as direes, como demonstrado na figura abaixo. Dessa forma, a presso que efetivamente atua sobre um ponto qualquer de um solo saturado no igual

    total, e sim chamada presso efetiva (). Assim, a presso efetiva obtida pela diferena entre presso total e presso neutra, ou seja:

    = t -

  • No caso de um terreno com superfcie livre horizontal, constitudo por (n) camadas, com pesos especficos (i) e espessuras (hi), a presso vertical total (v), devido ao peso prprio peso do solo, temos:

    v = n

    1 iZi Ou, em termos de presso efetiva:

    v = v -

    Presso de percolao Quando ocorrer a migrao de gua no solo, h o surgimento de uma outra fora, chamada de

    presso de percolao ou fora de percolao. Em virtude do atrito viscoso que aparece no escoamento da gua atravs de um meio poroso,

    haver transferncia de energia da gua para esse meio, sendo igual perda de carga entre os pontos de entrada e de sada da gua. Essa perda de carga denominada de fora de percolao e se desenvolve nos solos onde existe fluxo dgua. A fora de percolao tem o sentido do fluxo da gua e deve ser somada vetorialmente presso efetiva.

    O estudo da fora de percolao de vital importncia na estabilidade de obras de terra pois, fenmenos como a areia movedia, levantamento hidrulico e o entubamento (piping) decorrem do desbalanceamento entre foras de percolao e as foras de peso atuantes em determinados pontos.

    Considerando-se a figura abaixo, onde (H) a perda de carga de gua ao percolar a amostra de solo de comprimento (L), colocada dentro de um tubo de vidro de seo (A). A fora de percolao igual perda de carga ou de presso entre os pontos de entrada e sada da gua na amostra, ou seja:

    Fp = P1 P2 = w A (h1 h2), onde o gradiente hidrulico i = H /L Portanto a fora de percolao aplicada uniformemente num volume (V) igual a A x L, ser:

    Fp = w i.A.L / A.L ou Fp = i. w

  • Areia movedia Sabe-se da teoria que a resistncia ao cisalhamento de uma areia diretamente dependente da

    presso efetiva. Se a presso efetiva se anular, a areia perde totalmente sua resistncia ao cisalhamento, dando origem formao de areia movedia (quicksand).

    O fenmeno da areia movedia pode ocorrer sempre que a areia esteja submetida a um fluxo ascendente de gua, de forma que a fora de percolao gerada venha a igualar ou superar a fora efetiva graas ao solo.

    Piping ou eroso tubular regressiva

    Trata-se de uma ruptura hidrulica, provocada pela passagem de gua pelo interior do macio com carga hidrulica, saindo superfcie e carreando partculas do solo produzindo:

    Abertura e aumento progressivo de dutos Concentram fluxo, incrementando o gradiente hidrulico. Aumento da velocidade e do dimetro do tubo em direo origem da gua. Colapso e instabilizao de taludes e encostas de macios de solo.

    Capilaridade a propriedade que os lquidos apresentam de atingirem pontos acima do nveo fretico. Os

    fenmenos de capilaridade esto associados diretamente tenso superficial, sendo a que atua em toda

    a superfcie de um lquido, como decorrncia da ao da energia superficial livre. A energia superficial livre definida como o trabalho necessrio para aumentar a superfcie

    livre de um lquido em 1 cm2. Quando em contato com um slido, uma gota de lquido tende a molhar o slido, dependendo

    da atrao molecular entre o lquido e o slido. No caso da gua, por fora da tenso superficial, a presso no lado cncavo de um menisco

    maior que a do lado convexo, e que a diferena dessas presses est relacionada com a tenso superficial. Como decorrncia dessa diferena de presses, tem-se a ascenso de gua, num tubo

    capilar.

    No caso dos solos, os seus poros interligados e formando canalculos, funcionam como tubos

    capilares. Assim, explica-se dentro da massa, a ocorrncia de zonas saturadas de solo, que esto situadas acima do lenol fretico.

  • A gua em contato com o solo tambm tender a formar meniscos. Nos pontos de contato dos meniscos com os gros agiro presses de contato, tendendo a comprimir os gros, conforme figura abaixo.

    A capilaridade produz presses de contato

    Essas presses de contato (presses neutras negativas) somam-se s tenses totais fazendo com que a tenso efetiva atuante seja maior que a total. Esse acrscimo de tenso proporciona um acrscimo de resistncia conhecido como coeso aparente, responsvel, por exemplo, pela estabilidade de taludes em areia mida e pela construo de castelos com areia mida nas praias. Uma vez eliminada a ao

    das foras capilares desaparece a vantagem de coeso aparente.

    2.5. Resistncia ao cisalhamento (resistncia e deformabilidade) Vrios materiais slidos empregados em construo normalmente resistem bem a tenses de

    compresso, porm tm uma capacidade bastante limitada de suportar tenses de trao e de cisalhamento. Assim ocorre com o concreto e tambm com os solos.

    No caso dos solos, so geralmente considerados apenas os casos de solicitao por

    cisalhamento, pois as deformaes em um macio de terra so devidas a deslocamentos relativos entre as partculas constituintes do macio. Dessa forma, a resistncia dos solos est implcita a sua

    resistncia ao cisalhamento.

    A resistncia do solo conjuntamente a permeabilidade e a compressibilidade formam o suporte bsico para a resoluo dos problemas prticos da engenharia de solos. Dentre os problemas usuais em que necessrio conhecer a resistncia do solo, destacam-se a estabilidade de taludes, a capacidade de carga de fundaes e os empuxos de terra.

    Tais problemas so usualmente analisados atravs dos conceitos do equilbrio limite, o que implica considerar o instante de ruptura, quando as tenses atuantes igualam a resistncia do solo, sem atentar para as deformaes em jogo. Esse tipo de anlise prpria da Teoria da Plasticidade, j que os

  • conceitos da Teoria da Elasticidade nem sempre podem ser convenientemente utilizados na representao do comportamento dos solos.

    Vrias so as formas de representar a resistncia de um solo. A utilizao de envoltrias, como a de Mohr, uma das mais comuns e que melhor retratam o comportamento dos solos.

    Em linhas gerais, a resistncia dos solos proporcionada por foras de atrito resultantes de enlaces moleculares nas superfcies em contato.

    Segundo a lei de Coulomb, a resistncia por atrito funo da fora normal no plano de

    deslizamento relativo. Das ponderaes de Terzaghi, Teoria adesiva do atrito, pode-se concluir que a resistncia por

    atrito depende da fora normal, pois aumentando esta, aumenta a rea real de contato e conseqentemente a resistncia. A rugosidade e a adsoro da superfcie da partcula controlam as reas de contato, assim sendo, os contatos podem ser de natureza plstica e/ou elstica.

    2.5.1. Ensaios geotcnicos para a determinao da resistncia ao cisalhamento dos solos A resistncia de um solo pode ser determinada em laboratrio atravs de amostras naturais ou

    compactadas e atravs de ensaios in situ, como por exemplo, o Vane test, muito utilizado para estudar a resistncia de argilas moles.

    Os dois tipos principais de ensaios em laboratrio so o de cisalhamento direto e o de compresso triaxial.

    2.6. Questes de fixao

    QUESTO 1: Considerando que existem classificaes de solos no convencionais, discorra sobre o assunto, citando exemplos.

    QUESTO 2: Mencione exemplos prticos do efeito da capilaridade, que afetam ou podem afetar, obras de engenharia.

    QUESTO 3: Discorra sobre o critrio de resistncia de Mohr-Coulomb e sua importncia na mecnica dos solos.

    QUESTO 4: Descreva de forma sucinta os ensaios de cisalhamento direto e de compresso triaxial, juntamente com seus resultados.

  • PARTE 3 MTODOS DE INVESTIGAO GEOTCNICA O objetivo da investigao geotcnica delimitar espacialmente as unidades geolgica

    geotcnicas e determinar suas caractersticas e propriedades geomecnicas atravs de um plano de

    investigaes.

    Um programa de investigao deve levar em considerao a importncia e o tipo da obra, bem como, a natureza do subsolo. Assim, a construo de um metr, de uma barragem, necessitam de um conhecimento mais minucioso do subsolo, do que, aquele necessrio construo de uma residncia trrea. Solos que apresentam caractersticas peculiares de comportamento, tais como, colapso, alta compressibilidade, elevada sensibilidade, exigem cuidados e tcnicas diferentes das utilizadas em solos com comportamento tpico.

    A histria da Engenharia Civil registra casos em que a inobservncia de certos princpios de

    investigao ou mesmo a negligncia diante da obteno de informaes, acerca do subsolo tem conduzido a runas totais ou parciais e, neste caso, a prejuzos incalculveis, no s de tempo como de recursos para a recuperao das obras, chegando at a haver perdas fatais.

    As principais ferramentas utilizadas com estes objetivos so o sensoriamento remoto, o mapeamento geolgico, ensaios geofsicos e sondagens mecnicas (mtodos diretos). De maneira geral os ensaios geofsicos e o sensoriamento remoto so chamados de mtodos indiretos de investigao, utilizando as feies topogrficas, as morfolgicas e as propriedades fsicas do terreno para determinar indiretamente a distribuio e o posicionamento dos corpos geolgicos e suas caractersticas fsicas e tecnolgicas.

    Um programa de investigao deve fornecer informaes do subsolo quanto:

    Espessura e dimenses em planta de cada camada, dentro da profundidade de interesse do projeto, bem como, a caracterizao de cada camada, atravs de observaes locais ou de resultados de laboratrio.

    Profundidade do topo da camada rochosa ou do material impenetrvel ao amostrador. Existncia de gua, indicando a posio do nvel dgua no perodo da investigao e, se

    possvel, sua variao durante o ano. Existncia de presses artesianas. As propriedades do solo ou da rocha, tais como, permeabilidade, compressibilidade e resistncia

    ao cisalhamento.

    Nem sempre os projetos precisaro de todas essas informaes, enquanto que, para alguns projetos dados especficos e no relacionados podero ser necessrios e devero ser obtidos.

  • Um programa de investigao dever ser executado em etapas, de tal forma que, de posse dos dados obtidos em uma fase e sua interpretao e utilizao no projeto, possam ser detectadas novas necessidades e assim se elaborar o programa da fase seguinte. Desta forma, um programa de investigao poder conter as fases de reconhecimento, prospeco e acompanhamento. Embora, nem sempre as obras necessitem de todas estas fases de investigao.

    3.1. Tipos de prospeco geotcnica Os tipos de prospeco utilizados corretamente na Engenharia Civil so:

    Processos Indiretos (exemplo: Resistividade eltrica e Ssmica de refrao) Dentre os vrios mtodos geofsicos de prospeco existentes, o da resistividade eltrica e do da

    ssmica de refrao so os de uso mais freqente. Estes mtodos apresentam a vantagem de serem rpidos e econmicos. Alm disso, fornecem informaes numa zona mais ampla e no apenas no entorno de um furo, como nos processos diretos, porm a interpretao destas informaes exige, quase sempre, que se levem em considerao as prospeces diretas.

    As cartas geofsicas obtidas por um trabalho de prospeco facilitam o planejamento e localizao de furos de sondagens, pois evidenciam, com boa aproximao, a zona prospectada.

    Processos Semidiretos (exemplo: Vane Test, Cone de penetrao esttica e Ensaios pressiomtricos) Fornecem apenas caractersticas mecnicas dos solos prospectados. Os valores obtidos, por

    meio de correlaes indiretas, possibilitam informaes sobre a natureza dos solos. Os mtodos semidiretos de prospeco foram desenvolvidos por causa da dificuldade de

    amostrar certos tipos de solos, como areias puras e argilas moles. No fornecem o tipo de solo, apenas

    certas caractersticas de comportamento mecnico das camadas, obtidas mediante correlaes, com medidas em suas execues.

    Esses mtodos so ensaios in situ, que tm tido sua utilizao crescente devido as dificuldades de se dispor de amostras realmente indeformadas e a complexidade estrutural dos macios terrosos.

  • Processos Diretos (exemplo: Poos, Trincheiras, Sondagens e trado, Sondagens de simples reconhecimento, Sondagens rotativas e Sondagens mistas) So perfuraes executadas no subsolo. Nestas, pode-se fazer uma observao direta das

    camadas, em furos de grandes dimetros, ou uma anlise por meio de amostras colhidas de furos de pequenas dimenses.

    Os mtodos diretos de investigao permitem o reconhecimento do solo prospectado, mediante anlise de amostras provenientes de furos executados no terreno, por processos de perfurao

    expeditos. As amostras deformadas fornecem subsdios para um exame visual-tctil das camadas, e sobre elas podem-se executar ensaios de caracterizao (teor de umidade, limites de consistncia e granulometria). H casos em que necessria a coleta de amostras indeformadas, para obter-se informaes seguras sobre o teor de umidade, resistncia ao cisalhamento e compressibilidade dos solos.

    Pode-se obter, com os mtodos diretos, a delimitao entre as camadas do subsolo, a posio do nvel do lenol fretico e indeformaes, sobre a consistncia das argilas e compacidade das areias.

    3.2. Amostragem A premissa bsica para a obteno de dados, a partir de amostragem : De que adianta possuir

    mtodos de clculo e tcnicas laboratoriais de alto requinte, se no possvel contar com boas amostras?. Todas as potencialidades dos mtodos e das tcnicas perdem-se diante de amostras pouco representativas.

    A retirada de amostras de um solo prover o laboratrio de material necessrio para, atravs de ensaios, fazer a sua caracterizao. Tm-se dois tipos de amostras: deformadas e indeformadas.

    3.2.1. Amostra deformada

    Esse tipo de amostra dever ser representativa do solo, quanto a composio granulomtrica e

    mineral, no devendo conter vegetao ou qualquer outro elemento estranho ao solo. Essa amostragem utilizada nos ensaios de caracterizao do solo (granulometria, limites de

    consistncia, massa especfica dos slidos e testes de identificao), para determinar os parmetros de compactao e para moldar corpos de prova, sob determinadas condies de grau de compactao e teor de umidade.

  • A retirada de uma amostra deformada no exige ferramenta especial, podendo ser realizada desde o recolhimento manual, com o auxlio de ps, enxadas at um recolhimento mais profundo com auxlio de trados ou amostradores cravados dinamicamente no solo.

    3.2.2. Amostra Indeformada Quando os dados fornecidos pelos processos de investigao estudados mostrarem-se insuficientes

    na anlise do problema em foco, faz-se necessria a coleta de amostras indeformadas.

    Esse tipo de amostra dever ser representativo do solo quanto composio granulomtrica e mineral, teor de umidade e estrutura.

    A coleta desse tipo de amostra pode ocorrer manualmente ou atravs de amostradores de paredes finas.

    A amostragem manual, geralmente, realizada superfcie do terreno ou no interior de um poo e acima do nvel dgua, ocorre em forma de blocos e anis. As superfcies expostas das amostras so parafinadas e transferidas para laboratrios, aonde devem ser armazenadas em cmaras midas, at serem ensaiadas.

    As sondagens de simples reconhecimento, quando executadas em dimetro de 4 e 6, possibilitam tambm a coleta de amostras indeformadas. Nesse caso, deve ser usado amostradores especiais e um

    processo de cravao em que o amostrador forado contra o terreno, num movimento contnuo e rpido.

    Para amostragem em solos coesivos e de consistncia de mole a mdia o amostrador de paredes finas, tipo SHELBY, o mais comumente utilizado. Dentre os tipos mais usuais de amostradores de parede finas, podemos citar os amostradores de pisto, amostrador sueco e amostrador Deninson.

    Como a qualidade das amostras imprescindvel em uma investigao geotcnica, possvel observar essa caracterstica das amostras, a partir das categorias descritas abaixo:

    CLASSE 1: Amostras que no passaram por distoro nem alterao de volume e que, apresentam

    compressibilidade e caractersticas de cisalhamento inalteradas. CLASSE 2: Amostras em que o teor de umidade e a compacidade no experimentaram alteraes,

    porm foram distorcidas e, as caractersticas de resistncia ficaram alteradas. CLASSE 3: Amostras em que a composio granulomtrica, e o teor de umidade no experimentaram alteraes, porm foram distorcidas e, as caractersticas de resistncia ficaram alteradas.

  • CLASSE 4: Amostras em que a composio granulomtrica foi respeitada, mas o teor de umidade e a massa especfica experimentaram alterao.

    CLASSE 5: Amostras em que at na composio granulomtrica houve alterao, por causa da perda de partculas finas ou por esmagamento das partculas maiores.

    3.3. Questes de fixao QUESTO 5: Descreva um tipo de amostrador de paredes finas, enfatizando a sua aplicabilidade, metodologia de uso e vantagens/desvantagens.

    QUESTO 6: Escolha um tipo de cada mtodo (indireto, semidireto e direto), descreva cada um deles, destacando a aplicabilidade e os resultados de cada um, em seguida relacione-os entre si, considerando a importncia deles numa investigao geotcnica.

  • PARTE 4 MECNICA DAS ROCHAS Para as obras de grande porte, dentre elas as de minerao, muito importante o conhecimento da

    capacidade de resistncia dos materiais que sero solicitados. Essa capacidade uma das principais

    diferenas entre solos e rocha. No estudo geotcnico todos os materiais slidos consolidados ou os agregados de matria mineral

    formados naturalmente e que se apresentam em grandes massas ou em fragmentos so chamados de rochas.

    As principais propriedades que distinguem uma rocha de um solo so: coeso interna e a resistncia trao.

    A coeso interna a fora que liga as partculas umas s outras, devido s ligaes qumicas entre os tomos. Um solo apresenta coeso interna nula, enquanto uma rocha apresenta geralmente valores

    elevados de coeso interna. Quanto a resistncia trao, um solo apresenta resistncia nula ou desprezvel (caso das argilas),

    enquanto que um quartzito, por exemplo, apresenta resistncia trao entre 100 300 kg/cm2. Agora importante destacar a diferena entre rocha e macio rochoso. A rocha o material

    componente do macio rochoso, constitudo por minerais e que se apresenta em grande massa ou em fragmentos. Apresenta descontinuidades em todas as escalas de observao. Macio Rochoso um meio descontnuo formado pelas rochas e fraturas que o compartimentam. Apresenta descontinuidades escala megascpica (afloramento) e regional.

    As descontinuidades em rochas podem ser desde deslocamentos da rede cristalina (10-4 mm) at microdobras na ordem milimtrica a centimtrica, enquanto que em um macio rochoso essas

    descontinuidades podem ser estratificaes centi- a mtrica at falhas e dobras kilomtricas. A mecnica das rochas estuda o comportamento mecnico dos macios rochosos in situ, em relao

    s obras de engenharia. Esta cincia permite tambm:

    1) Executar experincias laboratoriais para simular condies em que certos materiais sero solicitados, para ento aplicar em grandes obras;

    2) Realizar ensaios dinmicos em macios rochosos, para determinar as suas propriedades elsticas dinmicas;

    3) Efetuar experincias com diferentes explosivos, para determinar o explosivo mais adequado nas operaes de desmonte, considerando cada tipo litolgico com relao a certos parmetros pr-estabelecidos em laboratrio;

  • 4) Estudar a rotura e fragmentao de rochas, sob a ao de cargas explosivas; 5) O estudo da estabilizao de macios rochosos atravs metodologia de ensaios e anlises

    especiais, de forma a realizar o zoneamento mecnico dos macios. Uma vez definida a caracterizao geomecnica dos macios, a metodologia e os processos de estabilizao so facilmente dimensionveis;

    A mecnica das rochas, na geotecnia evidenciada pela alta porcentagem de problemas que se

    prope a resolver, pois embora o clima tropical contribua para espessos mantos de intemperismo, obras como barragens, tneis, explorao de minas subterrneas e a cu aberto, etc., tm nas suas fundaes,

    problemas em rochas. Assim sendo, o conhecimento do comportamento mecnico dos macios rochosos s solicitaes impostas pelas obras, de suma importncia para a sua prpria segurana.

    4.1. Caracterizao de Macios Rochosos Um macio rochoso consiste de um agregado de blocos de um material rochoso separados entre si,

    por planos de acamamento, planos de clivagem, planos de foliao, etc. Localmente planos estruturais fracos podero estar abertos, sem preenchimento, podero estar cheios de gua, ou ainda cheios de material alterado, isto , repletos de material decomposto.

    Para se projetar e construir uma obra de engenharia civil fundamental definir as condicionantes geolgico-geotcnicas que interessam ao tipo de obra e, como elas influem no macio rochoso em termos de comportamento.

    A escala da poro estudada do macio rochoso define a validade de se considerar o meio homogneo/ no homogneo, isotrpico / anisotrpico, continuo / descontnuo no mbito de um estudo qualquer.

    Assim sendo, as condies de heterogeneidade, anisotropia e descontinuidade so determinadas

    pelas seguintes caractersticas dos materiais rochosos, descritas abaixo: litologia, alterao, descontinuidades, gua subterrnea, estado de tenses, deformabilidade e resistncia.

    4.1.1. Litologia A litologia refere-se aos tipos de rochas, cuja classificao baseada em critrios geolgicos. A

    caracterizao litolgica, dentre outras, tem grande utilidade na avaliao da representatividade de propriedades fsico-mecnicas do meio rochoso e extrapolao de resultados de ensaios pontuais para o macio como um todo.

  • Em funo da variedade de associaes do macio rochoso em relao s suas caractersticas geolgicas, prudente sempre associar a classificao geotcnica geolgica, por exemplo: uma rocha gnea possuir anisotropia pouco marcante, apenas existente em pequenas direes e resultante da orientao dos cristais, enquanto que numa rocha metamrfica a anisotropia ser muito mais desenvolvida, da mesma forma, rochas como calcrios, gesso e sal gema geralmente esto associadas existncia de cavidades no interior do macio.

    4.1.2. Alterao A alterao de uma rocha o resultado da ao do intemperismo qumico sofrido por elas, que nem

    sempre se limita sua superfcie. O resultado desta alterao o decrscimo de resistncia do ponto de vista de engenharia e por isso importante determinar a profundidade de alterao numa obra, em que as solicitaes sejam grandes nas fundaes.

    A zona alterada pode existir mesmo em rochas ss, particularmente abaixo das descontinuidades e, a sua determinao requer estudo sobre a histria geolgica da rea.

    Inquestionavelmente o fator mais importante para a alterao a existncia de umidade. A alterao reduz a resistncia mecnica, aumenta a deformabilidade, porosidade e permeabilidade.

    Para finalidade de engenharia o perfil de alterao tratado como uma entidade nica desde o solo

    evoludo, at o material inconsolidado residual de alterao incipiente da rocha. Sob o ponto de vista da engenharia, perfis de intemperismo tropical podem ser representados por uma srie gradacional de

    zonas de intemperismo, passando da rocha fresca em profundidade para material intensamente intemperizado na superfcie (solo residual).

    H vrias classificaes propostas para caracterizar um perfil de alterao, no havendo inclusive uma uniformidade de termos para o mesmo grau de alterao. Entretanto, vale destacar algumas consideraes sobre a classificao de perfis de alterao.

    Diferentes litologias se alteram de diferentes maneiras nos mesmos regimes climticos; Heterogeneidade litolgica ou juntas e falhas penetrativas podem dar lugar a um complexo

    perfil de intemperismo;

    Rochas intemperizadas so difceis de classificar, a menos que uma parte fresca seja vista, particularmente em rochas frgeis;

  • 4.1.3. Descontinuidade Como a fratura em macios rochosos condiciona o seu comportamento mecnico, faz-se necessrio

    localizar e descrever as descontinuidades desses macios escala das obras projetadas ou apenas do local da obra.

    A) Afloramento mostrando em grande escala, macio rochoso juntamente com as complexas estruturas geolgicas (falhas e fraturas), que constituem descontinuidades. B) Amostra de mo de um macio rochoso mostrando sua descontinuidade, atravs de fratura preenchida (seta). Fonte: Hudson & Harison (2000).

    Das descontinuidades dos macios podemos citar as juntas de estratificao, pseudo-estratificao ou laminao, xistosidade, diaclases (fraturas sem movimento aparente) e falhas (fraturas com movimento).

    A caracterizao destas descontinuidades feita pelos seguintes elementos:

    a) Atitude (direo e inclinao);

    A

    B

  • b) Espaamento (distncia normal entre fraturas da mesma famlia) ou, no caso de camadas, a sua espessura;

    c) Abertura (distncia entre os planos da fratura); d) Continuidade ou extenso (relao entre o comprimento da fratura observada e o seu

    comprimento total); e) Rugosidade dos planos da fratura (forma e dimenses das asperezas); f) Material de preenchimento (caso exista); g) Permeabilidade in situ (medida numa determinada direo)

    Essas informaes so obtidas no estudo geolgico-estrutural, que deve ser associado ao conhecimento da natureza da rocha (petrografia, geoqumica, etc) e a geomorfologia do local da obra e dos afloramentos rochosos. Contudo, vale destacar algumas dificuldades para esta caracterizao:

    As superfcies de afloramentos so raras e os solos de cobertura, vegetao e s vezes construes, impedem a observao;

    As principais descontinuidades podem ser mascaradas pela eroso, alterao superficial, etc; As descontinuidades em profundidade so diferentes das de superfcie; A terceira dimenso difcil de extrapolar a partir dos traos das fraturas levantadas num plano;

    A continuidade das zonas afetadas tectonicamente no certa entre pontos observados; O espaamento entre diaclases pode aparecer muito varivel, de acordo com o ngulo de

    observao.

    Desta forma, no sendo possvel extrair as informaes necessrias com o estudo de superfcie, pelas dificuldades supracitadas, deve-se complementar as informaes com estudos de sub-superfcie. Os mais comuns so: fotogrametria e foto interpretao, sondagens comuns e especiais (amostragem integral), geofsica e poos em galerias, para ensaios in situ e coleta de materiais para ensaios em laboratrio.

    4.1.4. gua subterrnea A gua subterrnea constitui de modo geral um fator deletrio, principalmente em relao

    estabilidade de taludes, infiltraes sob os macios de barragens e mais especificamente, nos casos que

    envolvem escorregamentos de taludes e sub-presses elevadas nas bases dos macios de terra. As condies de gua subterrnea pode exercer forte influncia nas condies do macio, visto

    que reduz a tenso efetiva normal nas juntas e pode ainda lixiviar o material de preenchimento.

  • A determinao da permeabilidade do macio rochoso fundamental para previso de: vazes de percolao em fundaes (barragem) e velocidade de gua surgente em escavaes (subterrnea, cu aberto), por exemplo.

    A presena de gua nas descontinuidades afeta seu comportamento inclusive causando diminuio do ngulo de atrito das mesmas e provocando instabilizaes.

    4.1.5. Estado de tenses O conhecimento do estado de tenses dos macios rochosos particularmente importante na:

    avaliao da estabilidade de escavaes subterrneas (tneis e minerao), previso de tratamento ou revestimento e previso de algumas instabilidades como o rock burst (descompresso rochosa).

    Tenso natural o estado de tenso existente no interior do macio rochoso antes da execuo de qualquer obra, subterrnea ou em superfcie, que venha alterar esse estado.

    O conhecimento do estado de tenso preexistente no interior de um macio rochoso de fundamental importncia e constitui dado imprescindvel para a previso do comportamento do mesmo macio nas rochas circundantes do vazio a ser aberto pela escavao.

    As tenses no macio rochoso podem ser divididas em tenses virgens (originais) e tenses induzidas (devido a escavao). As tenses virgens podem ser gravitacionais, tectnicas ou residuais.

    O estado de tenso ps-escavao na estrutura resultante do estado inicial de tenses e da

    tenso induzida pela escavao.

    4.1.6. Deformabilidade e Resistncia Apesar das rochas apresentarem uma resistncia deformao relativamente alta, ao contrrio

    dos solos, para o entendimento do macio tambm muito importante o conhecimento da deformabilidade, isto , das relaes entre as solicitaes aplicadas e as deformaes que delas resultam.

    A deformabilidade de macios rochosos uma das propriedades mais difceis de se determinar, pois depende de muitos parmetros de complexo equacionamento (rochas, descontinuidades, alterao, presena de gua, etc).

    A deformabilidade geralmente determinada em laboratrio, no entanto, a transferncia de

    dados de laboratrio para o macio deve ser feita com cuidado, pois os resultados laboratoriais nem sempre so confiveis, em funo:

    Grau de confinamento no interior do macio difcil de ser produzido em laboratrio; Presena de descontinuidades (tipos e dimenses);

  • Geometria topogrfica

    Fator escala dimenses reduzidas dos corpos de prova

    4.2. Classificao Geomecnica O sucesso de empreendimentos que envolvem escavaes subterrneas depende basicamente do

    conhecimento das propriedades dos macios a ser escavado alm da escolha do mtodo construtivo mais adequado.

    Solicitaes ou perturbaes provocadas por uma mesma obra em macios diferentes, e mesmos macios similares sob ao de solicitaes diversas respondero de maneira diferenciada. Essa

    complexidade leva a tentativa e necessidade de estabelecer agrupamento de macios de acordo com comportamento geomecnicos similares que permitam o estabelecimento de princpios comuns e

    propiciam a predio das condies geolgicas em obras subterrneas. Uma das limitaes das classificaes a pouca exposio do macio para estudo, uma vez que ele

    s se torna realmente conhecido durante a escavao, alm da importncia varivel que os parmetros tem para uma determinada obra.

    O conhecimento dos aspectos condicionantes no comportamento do macio passa pela anlise de: a) Zonas falhadas e/ou fraturadas; b) Percolao dgua para o interior das minas; c) Estabilidade de tetos e paredes; d) Capacidade de suporte de pilares; e) Eficincia de atirantamentos; f) Instrumentao de reas instveis; g) Determinao de caracatersticas mecnicas do macio; h) Movimentos subsidentes; i) Definio de uma classificao geomecnica Numerosos sistemas tem sido desenvolvidos para quantificar as caractersticas do macio rochoso

    para o projeto de suportes. Todos os mtodos de classificao geomecnica baseiam-se em critrios empricos que atribuem

    pesos relativos a um dado fator, como por exemplo, rugosidade de juntas, ao da gua e outros. Apresentamos abaixo alguns dos sistemas considerados de maior aplicabilidade e mais conhecidos:

  • 4.2.1. Classificao de TERZAGHI Trata-se de um sistema de classificao considerado qualitativo, desenvolvido com a experincia

    adquirida com a construo de tneis ferrovirios nos Alpes e que visa caracterizar o sistema de suporte utilizando cambotas metlicas atravs da identificao das feies geolgicas mais relevantes e das cargas atuantes. uma classificao muito especfica e limitada, mas teve grande sucesso no estabelecimento de bases para o clculo de estabilidade de obras subterrneas, at hoje ainda utilizadas.

    4.2.2. Classificao de DEERE Esta classificao prope um ndice capaz de quantificar o padro geomecnico do macio, isto

    , um ndice de qualidade do macio, chamado de RQD (Rock Quality Designation). O RQD obtido pela somatria das pores de testemunhos maiores que 10 cm divididos pelo

    comprimento total do testemunho. Os valores de RQD incorporam certas classes de macios que requerem sistemas de conteno adequados.

    Apesar do parmetro RQD ser um dos melhores parmetros simples, quando combinado com medidas e freqncias de juntas e grau de alterao e preenchimento de descontinuidades, ele relativamente insensvel a propriedades importantes do macio em particular o ngulo de atrito de fraturas preenchidas.

    O RQD foi incorporado como parmetro por outros sistemas de classificao.

    4.2.3. Sistema RMR (Rock Mass Rating) Esse sistema consiste na atribuio de valores aos seis parmetros e no posterior somatrio dos

    mesmos a fim de se obter a nota global do macio (RMR) que variando de 0 a 100, enquadra o macio em uma classe que define sua condio geral.

    Os parmetros considerados na classificao do macio rochoso so: a) Resistncia a compresso uniaxial do material rochoso; b) RQD c) Espaamento das continuidades d) Ao da gua subterrnea e) Orientao das descontinuidades

    Para aplicar a classificao geomecnica o macio dividido em regies estruturais onde as propriedades e feies so relativamente uniformes em cada regio.

  • Os cinco primeiros parmetros so agrupados em cinco intervalos de valores que, quanto mais altos forem, indicam melhores condies do macio.

    A orientao das descontinuidades deve refletir s influncia das vrias famlias de descontinuidades do macio. Quando houver uma famlia principal condicionante da estabilidade da escavao, o RMR global resultante ser relativo ao somatrio das notas de parmetros relativos quela famlia. Quando no houver predominncia de uma famlia, as notas atribudas a cada famlia devem ser somadas e feito uma mdia para cada parmetro de classificao.

    A tabela abaixo mostra a escala de valores de cada parmetro.

    TABELA DE CLASSIFICAO GEOMECNICA RMR PARMETROS FAIXA DE VALORES

    Resistncia da rocha intacta

    ndice de compresso puntiforme (Mpa)

    >10 4 - 10 2 - 4 1 - 2 No

    recomendvel p/ 1Mpa

    Resistncia a

    compresso simples

    >250 100-200 50-100 25-50 5-25 1,5 2m 0,6-2,0m 70-60cm 6-20cm < 6m

    PESOS 20 15 10 8 5

    Padro das descontinuidades

    Superf. muito rugosas e sem

    alterao: fechadas e sem

    resistncia

    Superf. pouco rugosas e levemente alteradas: abertura 1mm

    Superf. persist., estriadas ou espes. do preenchim5mm ou abertura > 5mm

    PESOS 30 25 20 10 0 Ao da gua subterrnea: Vazo de infiltrao por 10m de tnel

    nula 125 l/min

  • Relao /1 nula 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5 Condio geral do macio Comp. seco umidecido mido Gotejam. Fluxo abundant. Pesos 15 10 7 4 0

    Orientao da descontinuidade

    Muito favorvel Favorvel Regular Desfavorvel

    Muito desfavorvel

    Tneis 0 -2 -5 - 10 -12 Fundaes 0 -2 -7 -15 -25 Taludes 0 -2 -25 -50 -60

    Somatrio dos pesos (RMR) 81 -100 61 - 80 41 - 60 21 - 40 < 20 Classe do macio I II III IV V Condio geral Muito Bom Bom Regular Ruim Muito Ruim

    Classe do Macio I II III IV V Coeso (KPa) >400 300-400 200-300 100-200 < 100 ngulo de atrito >45 35 - 45 25 - 35 15 - 25 < 15

    Estabelecidos os valores dos parmetros procede-se classificao do macio rochoso pelo somatrio de pontos obtidos, denominado Rock Mass Rating (RMR) que permite inferir valores para os parmetros de resistncia e tempo de autosustentao do macio, por exemplo.

    4.2.4. Sistema Q (ou NGI) Trata-se de uma classificao de engenharia de macios rochosos, tendo em vista o suporte de

    tneis. Utiliza-se do parmetro RQD e introduz 5 parmetros adicionais: a) Fator referente ao nmero de famlia de juntas (Jn); b) Fator que traduz a influncia da rugosidade das juntas (Jr); c) Fator relativo ao grau de alterao das juntas e material de preenchimento (Ja); d) Fator referente influncia da gua subterrnea (Jw) e e) Fator do estado de tenso no macio (SFR ou Stress Redution Factor)

    O ndice de qualidade do macio Q dado por: Q = (RQD/Jn) . (Jr/Ja) . (Jw/SRF)

    Fisicamente os termos de expresso entre parnteses podem ser interpretados como parmetros qualitativos dos efeitos isolados: das dimenses dos blocos (RQD/Jn), da resistncia do cisalhamento ao longo das superfcies das juntas (Jr/Ja) e das tenses atuantes in situ (Jw/SRF), respectivamente.

  • 4.2.5. Sistema MBR ou Modified Basic RMR Esse sistema baseia-se parcialmente no sistema RMR e, foi desenvolvido a fim de se obter uma

    classificao para suporte de mineraes com lavra tipo block caving. A classificao feita em trs etapas subseqentes. Na primeira o MBR aplicado a galerias

    isoladas, que seriam reas de servio, no segundo estgio o ndice MBR recebe ajustes para adaptaes ao processo de desenvolvimento do bloco. O objetivo inicialmente estabilizar a abertura durante o desenvolvimento, de maneira que, o suporte permanente possa ter capacidade de resistir a incrementos de cargas, dados pela escavao do bloco de minrio.

    No ltimo estgio da classificao analisam-se as deformaes adicionais devido s cargas. Um dos fatores importantes influentes no carregamento experimentado pelas galerias de produo, a locao e orientao da galeria com relao ao bloco extrado, a capacidade do macio de absorver o incremento de cargas, alm da influncia de feies estruturais geolgicas importantes na transferncia de deformaes para as galerias prximas.

    O primeiro passo para o uso do sistema MBR coletar dados representativos da geologia e alternativas na minerao. Coletados os dados, a anlise realiza-se de acordo com o fluxograma abaixo, aonde valores so atribudos resistncia da rocha intacta, a densidade de fraturas, a condio das

    descontinuidades e condies da gua subterrnea.

  • FLUXOGRAMA DO SISTEMA DE CLASSIFICAO MBR

    4.2.6. Sistema MRMR Esta classificao tambm se baseia na classificao RMR, sendo que modificada para algumas

    situaes de minerao em macios fraturados. essencial que dados, tais como: alterao da rocha, tenses induzidas ou naturais, mudanas na

    tenso devido minerao, a orientao e o tipo de escavao com relao a estruturas geolgicas e efeito de desmonte, estejam disponveis nos primeiros estgios da obra, para que decises corretas sobre o mtodo de lavra, layout e suporte possam ser tomadas.

    Os intervalos de classes de 0 a 100 cobrem todas as variaes no macio rochoso fraturado de muito pobre a muito bom. A classificao dividida em 5 classes, cada uma subdividida em subclasses A e B. Os parmetros avaliados so:

    1. RQD: fornece tambm o espaamento das fraturas, tomando-se o cuidado de no analisar fraturas geradas na manobra;

    2. Resistncia da rocha intacta (IRS): correspondente resistncia a compresso uniaxial entre fraturas, excluindo zonas de alterao;

    3. Espaamento de juntas: o espaamento de juntas deve ser bem mapeado na superfcie do macio, que pode apresentar uma ou mais famlias;

  • 4. Condio das juntas: baseia-se na expresso das juntas, propriedades da superfcie, a presena de zona de alterao e o material de preenchimento da junta;

    5. Ao da gua subterrnea: a presso da gua um parmetro importante em projetos de estabilidade de escavaes.

    4.3. Questes de fixao

    QUESTO 1: Discorra sobre cada elemento usado para caracterizao de descontinuidades.

    QUESTO 2: Pesquise e exemplifique a obteno do parmetro RQD, referente classificao de DEERE.

    QUESTO 3: Discorra sobre os sistemas de classificao RMR, Q, MBR e MRMR e relacione-os, apresentando semelhanas e diferenas, vantagens e desvantagens.

  • PARTE 5 APLICAO

    5.1. Estudos geolgicos e geotcnicos para fundaes 5.1.1. Introduo

    Desde a poca mais antiga o homem percebeu que suas obras mostravam comportamentos diferentes ao longo do tempo, especialmente pelo procedimento utilizado: tentativa e erro. Os construtores recebiam severas penalidades quando a estrutura no apresentava o desempenho desejado na sua concepo. Ainda era cedo para perceber que o comportamento de uma obra dependia da combinao de eventos simples, complexos, dependentes e interdependentes.

    O homem fundamentado na observao das estruturas, desde a antiguidade, j demonstrava preocupao com questes como segurana e regulamentos para a construo de suas obras.

    Fundao um sistema formado por elementos estruturais de fundao (EEF) e as diversas camadas de solos que os envolvem. Um EFF com o solo em volta denomina-se elemento isolado de fundao (EIF), logo pode-se definir fundao como um conjunto de EIF. A partir desta definio temos que a engenharia de fundaes uma rea de carter multidisciplinar, na qual os parmetros resistncia e solicitao so avaliados, a partir da engenharia de estruturas e geotecnia.

    Nas anlises geotcnicas da capacidade de carga e recalque dos materiais da fundao imprescindvel que sejam considerados o modelo geotcnico do terreno, o modelo de clculo e o efeito de carregamento, conforme figura abaixo.

  • Componentes do projeto da fundao e os cdigos de prtica. Fonte: Becker (1996)

    As fundaes so classificadas em dois grandes grupos: Fundaes superficiais e Fundaes

    profundas. A seguir apresentaremos alguns aspectos da norma NBR 6122/1996, que fixa as condies bsicas a serem observadas no projeto de fundaes de edifcios, pontes e demais estruturas.

    5.1.2. Fundaes Superficiais Elementos de fundao em que a carga transmitida ao terreno, predominantemente pelas presses

    distribudas sob a base da fundao, e em que a profundidade de assentamento em relao ao terreno adjacente inferior a duas vezes a menor dimenso da fundao. Incluem-se neste tipo de fundao as sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundao e as sapatas corridas.

    O dimensionamento das fundaes superficiais pode ser feito ou a partir do conceito de presso

    admissvel, ou a partir do conceito de coeficientes de segurana parciais. Presso admissvel a tenso aplicada por uma fundao superficial ao terreno, provocando

    apenas recalques que a construo pode suportar, sem inconvenientes e. oferecendo a segurana satisfatria contra a ruptura ou o escoamento do solo ou do elemento estrutural de fundao.

    Na determinao da presso admissvel devem ser considerados: a) Profundidade da fundao; b) dimenses e forma dos elementos de fundao;

  • c) caractersticas das camadas de terreno abaixo do nvel da fundao; d) lenol dgua; e) modificao das caractersticas do terreno por efeito de alvio de presses, alterao do teor de

    umidade ou ambos; f) caractersticas da obra, em especial a rigidez da estrutura; g) recalques admissveis, definidos pelo projetista da estrutura.

    A presso admissvel pode ser determinada por um dos seguintes critrios: por mtodos tericos

    por meio de prova de carga sobre placa (NBR 6489) por mtodos semi-empricos por mtodos empricos

    Fundao sobre rocha Para a fixao da presso admissvel de qualquer fundao sobre rocha, deve-se levar em conta a

    continuidade desta, sua inclinao e a influncia da atitude da rocha sobre a estabilidade. Pode-se assentar fundao sobre rocha de superfcie inclinada desde que se prepare, se necessrio, esta

    superfcie (por exemplo: chumbamentos, escalonamento em superfcies horizontais), de modo a evitar deslizamento da fundao.

    Solos compressveis A implantao de fundaes em solos constitudos por areias fofas, argilas moles, siltes fofos ou

    moles, aterros e outros materiais, s pode ser feita aps cuidadoso estudo baseado em ensaios de laboratrio e campo, compreendendo o clculo de capacidade de carga (ruptura), e a anlise da repercusso dos recalques sobre o comportamento da estrutura.

    Solos expansveis Solos expansivos so aqueles que, por sua composio mineralgica, aumentam de volume quando

    h um aumento do teor de umidade. Nestes solos no se pode deixar de levar em conta o fato de que,

    quando a presso de expanso ultrapassa a presso atuante, podem ocorrer deslocamentos para cima. Por isto, em cada caso, indispensvel determinar experimentalmente a presso de expanso, considerando que a expanso depende das condies de confinamento.

  • Solos compressveis Para o caso de fundaes apoiadas em solos de elevada porosidade, no saturados, deve ser

    analisada a possibilidade de colapso por encharcamento, pois estes solos so potencialmente colapsveis. Em princpio devem ser evitadas fundaes superficiais apoiadas neste tipo de solo, a no ser que sejam feitos estudos considerando-se as tenses a serem aplicadas pelas fundaes e a possibilidade de encharcamento do solo.

    5.1.3. Fundaes Profundas Elemento de fundao que transmite a carga ao terreno pela base (resistncia de ponta), por sua

    superfcie lateral (resistncia de fuste) ou por uma combinao das duas, e que est assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimenso em planta, e no mnimo 3 m, salvo justificativa.

    Existem vrios tipos de fundaes profundas, as quais podemos destacar as estacas, os tubules e os caixes.

    Carga admissvel sobre uma estaca ou tubulo isolado a fora aplicada sobre a estaca ou o tubulo isolado, provocando apenas recalques que a construo pode suportar sem inconvenientes e oferecendo a segurana satisfatria contra a ruptura ou o escoamento do solo ou do elemento de

    fundao. A determinao da carga admissvel deve ser feita para as condies finais de trabalho da

    estaca, tubulo ou caixo. Esta observao particularmente importante no caso de fundaes em terrenos passveis de eroso, em fundaes em que parte fica fora do terreno e no caso de fundaes prximas a escavaes.

    5.1.4. Investigaes geotcnicas, geolgicas e observaes locais Para fins de projeto e execuo de fundaes, as investigaes do terreno de fundao constitudo

    por solo, rocha, mistura de ambos ou rejeitos compreendem:

    a) Investigaes de campo: - sondagens a trado, conforme a NBR 9603, poos e trincheiras, conforme a NBR 9604, de inspeo ou de amostragem, sondagens de simples reconhecimento percusso, sondagens rotativas e sondagens especiais para retirada de amostras indeformadas conforme a NBR 9820;

  • - ensaios de penetrao quase esttica ou dinmica, ensaios in situ de resistncia e deformabilidade, conforme a NBR 12069; - ensaios in situ de permeabilidade ou determinao da perda dgua; - medies de nveis dgua e de presses neutras; - medies dos movimentos das guas subterrneas; - processos geofsicos de reconhecimento; - realizao de provas de carga no terreno ou nos elementos de fundao;

    b) Investigaes em laboratrio sobre amostras deformadas ou indeformadas, representativas das condies locais, ou seja, caracterizao, resistncia, deformabilidade, permeabilidade, colapsibilidade, e expansibilidade.

    A realizao de anlises fsico-qumicas sobre amostras de gua do subsolo ou livremente ocorrente est compreendida nesta fase de estudos geotcnicos, sempre que houver suspeita de sua agressividade aos materiais constitutivos das fundaes a executar.

    A natureza e a quantidade das investigaes a realizar dependem das peculiaridades da obra, dos valores e tipos de carregamentos atuantes, bem como das caractersticas geolgicas bsicas da rea em

    estudo.

    c) Reconhecimento geolgico: sempre que julgado necessrio deve ser realizado vistoria geolgica de campo por profissional especializado, complementada ou no por estudos geolgicos adicionais, com consultas a mapas geolgicos, bibliografia especializada, fotografias areas comuns ou multiespectrais, etc.

    d) 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.

    As sondagens de reconhecimento percusso so indispensveis e devem ser executadas de acordo com a NBR 6484, 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 utilizao dos processos geofsicos de reconhecimento s deve ser aceita se acompanhada por sondagens de reconhecimento percusso ou rotativas de confirmao.

  • No caso de obras fluviais, lacustres e martimas, a profundidade da investigao deve considerar as camadas erodveis e ultrapass-las. A profundidade da camada erodvel deve ser avaliada por profissional especializado.

    e) Sondagens, poos e trincheiras de inspeo e retirada de amostras indeformadas: Sempre que o vulto da obra ou a natureza do subsolo exigir, devem ser realizadas sondagens especiais de reconhecimento, poos ou trincheiras de inspeo, para permitir a retirada de amostras

    indeformadas a serem submetidas aos ensaios de laboratrio julgados necessrios.

    Em se tratando de macio rochoso, as amostras coletadas devem representar suas caractersticas principais que, quase sempre, so governadas pelas descontinuidades existentes.

    f) Ensaios in situ complementares: Estes ensaios visam reconhecer o terreno de fundao, avaliar suas caractersticas de resistncia,

    deformabilidade e permeabilidade e devem ser realizados diretamente sobre o macio de solo ou de rocha, destacando-se, entre outros, os seguintes:

    ensaios de penetrao de cone (C.P.T.): realizados com o penetrmetro esttico (mecnico ou eltrico), que consistem na cravao no terreno, por prensagem, de um cone padronizado, permitindo medir separadamente a resistncia de ponta e total (ponta mais atrito lateral) e ainda o atrito lateral local (com a luva de atrito) das camadas de interesse;

    ensaios de palheta (vane-test) que consistem em medir, nas argilas, em profundidades desejadas, o momento de toro necessrio para girar, no interior do terreno, um conjunto composto por duas palhetas verticais e perpendiculares entre si, permitindo determinar as caractersticas da resistncia das argilas;

    ensaios pressiomtricos que consistem no carregamento lateral do solo por meio de uma sonda radialmente dilatvel que, pela aplicao de uma presso interna crescente,

    permite a determinao da relao presso-deformao lateral a diversas profundidades; ensaios de permeabilidade que consistem em se produzir um regime de

    percolao no macio do solo, obtendo-se o coeficiente de permeabilidade a partir da vazo, ou da variao da carga hidrulica registrada ao longo do tempo. No caso de macios rochosos, as condies de percolao so determinadas pelo ensaio de perda dgua.

  • provas de carga cujo objetivo determinar as caractersticas de deformabilidade e resistncia do terreno por meio do carregamento dos elementos estruturais da fundao ou modelos. Para isso, as provas de carga podem ser realizadas com cargas verticais ou inclinadas, de compresso ou trao, com cargas transversais ou qualquer outro tipo de solicitao destinada a reproduzir as condies da fundao a que se destinam.

    Sempre que justificvel, as caractersticas de resistncia, deformabilidade ou permeabilidade do terreno podem ser determinadas in situ atravs de outros ensaios de campo. Da mesma forma, outras caractersticas, cujo conhecimento seja desejvel, podem ser determinadas por ensaios especficos.

    Os ensaios in situ complementares em nenhum caso substituem as sondagens de reconhecimento, as quais no podem ser dispensadas.

    5.2. Estabilidade de Taludes O estudo da estabilidade de taludes est relacionado com o estudo dos processos de

    transporte de matria slida. Os processos de transporte de matria slida podem ser: movimentos gravitacionais de

    massa, os quais so introduzidos pela ao da gravidade e movimentos de transporte de massa, onde o material transportado por um meio qualquer como gua, gelo e ar.

    Os movimentos que podem dar origem ao deslocamento de rochas e solos, podem ser dos seguintes tipos:

    Quedas (falls) Tombamentos Escorregamentos (slides) que pode ser: rotacional ou translacional Rastejo (creep) Corridas (flows)

    O estudo da estabilidade de taludes em macios rochosos interessa tanto engenharia civil

    quanto engenharia de minas. A minimizao de volumes de escavao e a previso da segurana e comportamento dos taludes so objetivos normalmente buscados em projetos, sejam de rodovias, ferrovias, vertedouros e ombreiras de barragens, pedreiras ou cavas de mina a cu aberto.

    Ao contrrio dos macios de solo, que de modo geral, constituem meios relativamente homogneos e contnuos, compostos de partculas no solidarizadas, os macios rochosos, em sua maioria, so meios homogneos e descontnuos, cuja resistncia ao cisalhamento e modos de

  • ruptura so extensamente determinados pela ocorrncia de descontinuidades, as quais lhes conferem anistropia fsica e mecnica (observe a figura abaixo).

    Exemplo de estrutura de macio rochoso. Fonte: Zea Huallanca, 2004

  • 5.2.1. Fatores que geram escorregamentos de solos/rochas

    4.Decrscimo de resistncia

    Inchamento por adsoro de gua

    Presso de gua ou gs nos poros

    Colapso de estruturas soltas, liquefao

    Fissuras de ressecamento ou tenso local

    Deformao e ruptura progressiva Aumento de volume do solo devido a ao do gelo ou neve (thawing) Aumento de volume do solo devido a ao do gelo ou neve (thawing)

    Enfraquecimento das ligaes entre partculas

    Intemperismo do solo ou da massa

    Perda da tenso capilar na secagem

    Apodrecimento de razes

    1. Topografia Declividade

    Relevo

    2.Aumento de Tenso

    Aumento de declividade

    Antropicas: escavaes, eroso, etc

    Causas naturais

    Presena de gua

    Poro presso nas fissuras, foras de percolao

    Concentrao local de tenses das fissuras

    Carregamento imposto por obras

    Cargas dinmicas; terremotos e dinamites

    Minas subterrneas

    3.Plano