Investigação Do Subsolo

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MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO COM ÊNFASE PARA SONDAGEM À PERCUSSÃO 1 1. INTRODUÇÃO Terreno é todo maciço natural caracterizado por condições geocronológicas e estratigráficas, incluindo assim, em termos práticos, solos, rochas e materiais intermediários, como solos residuais, rochas moles, etc. A parte desse maciço em extensão e profundidade, de interesse para a obra e seu projeto geotécnico é corretamente chamada de subsolo. É do consenso geral que o projeto de uma estrutura de engenharia, por mais modesta que seja, requer o adequado conhecimento das condições do subsolo no local onde será construída. Por outro lado, se essas estruturas utilizarem solos ou rochas, como materiais de construção, será também necessário o conhecimento do subsolo nas áreas que servirão de jazidas para esses materiais. Entretanto, a seleção e adaptação dos recursos disponíveis para exploração do subsolo, com vistas à obtenção de informações e características de um terreno e destinadas a atender o projeto de uma determinada estrutura, requer uma arte e técnica específicas. Esta fase de planejamento, que pode determinar o sucesso de um projeto, será fundamentalmente função dos seguintes fatores: a) Tipo de estrutura e seus problemas específicos Para os fins de investigação do subsolo, as estruturas podem ser divididas em três categorias: • Estruturas para as quais o problema básico é a interação da estrutura com o solo adjacente. Tais estruturas incluem muros de arrimo, estacaspranchas, túneis e condutos enterrados, sendo o principal interesse o conhecimento das características carga-deflexão da superfície de contato. • Estruturas tais como, aterros rodoviários, barragens de terra e enrocamento, bases e sub-bases de pavimentos e aterros atrás de muros de arrimo, onde além da interação da estrutura de terra com o terreno adjacente, as propriedades dos materiais utilizados na construção são necessárias para a determinação do comportamento da própria estrutura. • Estruturas naturais de solo ou rocha, tais como encostas naturais e os taludes de cortes. Nesses casos exige-se o conhecimento das propriedades dos materiais sob as diversas condições a que possam ser submetidas. b) Condições geológicas da área O passo inicial de qualquer investigação geotécnica é o conhecimento da geologia local. As informações obtidas de mapas geológicos, fotografias aéreas ou de satélites e reconhecimento expeditos no campo, poderão indicar em termos gerais, a natureza dos solos, os tipos de rocha que serão encontrados, suas propriedades de engenharia mais significativas e condições do lençol d’água. 2 Por outro lado, a geologia local não é só necessária para indicar a possibilidade de ocorrências que poderão potencialmente trazer problemas à obra, tais como horizontes de sedimentos moles, camadas de talus ou presença de matacões, como é extremamente útil na interpretação dos resultados obtidos nas investigações. c) Características do local a investigar As condições físicas da área a investigar são também decisivas na escolha de um programa de investigação. Alguns serviços executados facilmente em terreno firme tornam-se impossíveis ou extremamente onerosos se previstos para serem realizados em água. 1.1- OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO As informações solicitadas a um programa de investigação do subsolo são geralmente as seguintes: a) Determinação da extensão, profundidade e espessura de cada horizonte de solo dentro de uma determinada profundidade que vai depender da dimensão e natureza da estrutura, além de uma descrição do solo, que inclua a sua compacidade se o solo não for coesivo e estado de consistência se o solo for coesivo. b) Profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre: Extensão, profundidade e espessura de cada estrato rochoso, dimensão, mergulho e espaçamento de juntas e planos de acamamento, presença de zonas de falhas e o estado de alteração e decomposição. c) Informações sobre a ocorrência de água no subsolo: Profundidade do lençol freático e sua variações, lençóis artesianos ou empoleirado. d) Propriedades de engenharia dos solos e rochas “in situ”, tais como, compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade. Em muitos casos nem todas essas informações são necessárias e, em outros, valores estimativos serão suficientes. No caso de fundações de estruturas convencionais sabe-se que elas devem satisfazer três requisitos básicos: A carga de trabalho deve ser suficientemente menor do que a capacidade de suporte do solo, de modo a assegurar à fundação um adequado fator de segurança. • Os recalques total e diferencial devem ser suficientemente pequenos e compatíveis com a estrutura de modo que a mesma não seja danificada pelos movimentos das fundações. • Os efeitos da estrutura e das operações necessárias para a construção nas obras vizinhas, devem ser avaliados e as necessárias medidas • 3 protetoras devem ser tomadas. Conseqüentemente, são realizadas as investigações que forneçam as características e parâmetros do subsolo necessários à resposta de cada um desses requisitos. Dependendo da natureza do terreno encontrado, muitos casos são resolvidos apenas com as informações referidas no item a, através de simples sondagens de reconhecimentos e das correlações entre as indicações sobre a consistência ou compacidade que elas fornecem e as cargas admissíveis dos solos. Em outras situações as características de uma camada pode ser decisiva no tipo de fundação a adotar, como seria o caso de uma camada de argila abaixo de uma camada com a capacidade de carga adequada às fundações. Nesse caso, a escolha entre uma fundação superficial na argila ou uma fundação profunda, ficará na dependência da compressibilidade da argila e na previsão dos recalques que poderão ocorrer. Para economia do projeto é desejável que as condições do subsolo que afetarão a construção, tais como a necessidade de escoramento de escavações ou rebaixamento de água do subsolo sejam levantadas simultaneamente com as necessidades do projeto estrutural. Freqüentemente, as propriedades químicas do solo e da água do terreno devem ser estabelecidas para avaliar-se o risco de corrosão de fundações profundas e para o projeto de drenagem ou dos sistema de rebaixamento, minimizando-se as incrustações ou obstrução daquele sistema. 1.2 - ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO Uma investigação completa é realizada em diferentes etapas, sendo que cada etapa de reconhecimento destaca os problemas que requerem investigação na etapa seguinte. São elas: a) Investigações de reconhecimento, nas quais se determina a natureza das formações locais, as características do subsolo e definem-se as áreas mais adequadas para as construções. b) Explorações para o anteprojeto, realizadas nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções e dimensionamento das fundações. c) Explorações para o projeto executivo, destinadas a complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a resolução de problemas específicos do projeto de execução. d) Explorações durante a construção quando surgem problemas não previstos nas etapas anteriores. Dependendo do vulto da obra e de suas condições peculiares, algumas das etapas assinaladas podem ser dispensadas. 4 1.3 - PROGRAMAÇÃO DE SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO 1.3.1 - Procedimento mínimo Adotado na programação de sondagens de simples reconhecimento, na fase de estudos preliminares ou do planejamento do empreendimento. Para a fase de projeto, ou para o caso de estruturas especiais, eventualmente poderão ser necessárias investigações complementares para determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento e da compressibilidade dos solos, que terão influência sobre o comportamento da estrutura projetada. Para tanto, devem ser realizados programas específicos de investigação complementares. 1.3.2 - Número e locação das sondagens O número de sondagens e a sua localização em planta dependem do tipo de estrutura, de suas características especiais e das condições geotécnicas do subsolo. O número de sondagens tem de ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo. 2 As sondagens precisam ser em número de uma para cada 200 m de área de projeção em planta do edifício, até 1200 m2 de área. Entre 1200 a 2400 m2, é 2 2. necessário fazer uma sondagem para cada 400 m que excederem de 1200 m 2 Acima de 2400 m , o número de sondagens será fixado de acordo com o plano particular da construção. Em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens deve ser: a) 2 - Para área de projeção em planta de edifício até 200 m2 b) 3 - Para área entre 200 m2 e 400 m2 Nos casos em que não houver ainda disposição em planta dos edifícios, como nos estudos de viabilidade ou de escolha de local, o número de sondagens será fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com o mínimo de três sondagens. As sondagens têm de ser localizadas em planta e obedecer às seguintes regras gerais: a) Na fase de estudos preliminares ou planejamento do empreendimento, as sondagens precisam ser igualmente distribuídas em toda a área; na fase de projeto, pode-se locar as sondagens de acordo com critérios específicos que levem em conta pormenores estruturais; b) Quando o número de sondagens for superior a três, elas não devem ser distribuídas ao longo do mesmo alinhamento. 1.3.3 - Profundidade das sondagens A profundidade a ser explorada pelas sondagens de simples reconhecimento, para efeito de projeto geotécnico, é em função do tipo de edifício, das características particulares de sua estrutura, de suas dimensões em planta, da 5 forma da área carregada e das condições geotécnicas e topografia locais. A exploração será levada a profundidades tais que incluam todas as camadas impróprias ou que sejam questionáveis, como apoio de fundações, de tal forma que não venham prejudicar a estabilidade e o comportamento estrutural ou funcional do edifício. As sondagens têm de ser levadas até a profundidade em que o solo não seja mais significativamente solicitados pelas cargas estruturais, fixando como critério aquela profundidade em que o acréscimo da pressão no solo, devida às cargas estruturais aplicadas, for menor que 10% da pressão geostática efetiva. Quando a edificação apresentar uma planta composta de vários corpos, o critério anterior se aplica a cada corpo da edificação. No caso de corpos de fundação isolados e muito espaçados entre si, a profundidade a explorar necessita ser determinada a partir da consideração simultânea da menor dimensão dos corpos de fundação, da profundidade dos seus elementos e da pressão estimada por eles transmitida. Quando uma sondagem atingir camada de solo de compacidade ou consistência elevada, e as condições geológicas locais mostrarem não haver possibilidade de se atingirem camadas menos consistentes ou compactas, pode-se interromper a sondagem naquela camada. Quando uma sondagem atingir rocha ou camada impenetrável à percussão, subjacente a solo adequado ao suporte da fundação, pode ser nela interrompida. Nos casos de fundações de importância, ou quando as camadas superiores de solo não forem adequadas ao suporte, aconselha-se a verificação da natureza e da continuidade da camada impenetrável. Nesses casos, a profundidade mínima a investigar é de 5m. A contagem da profundidade, para efeito do aqui descrito, precisa ser feita a partir da superfície do terreno, não se computando para esse cálculo a espessura da camada de solo a ser eventualmente escavada. No caso de fundações profundas (estacas ou tubulões) a contagem da profundidade tem de ser feita a partir da provável posição da ponta das estacas ou base dos tubulões. Considerações especiais devem ser feitas na fixação da profundidade de exploração, nos casos em que processos de alteração posteriores (erosão, expansão e outros) podem afetar o solo de apoio das fundações. 1.4 - CUSTO DAS INVESTIGAÇÕES A melhor investigação é aquela que fornece os elementos adequados no prazo que é necessária e com um custo compatível com o valor da informação. Empiricamente, pode-se estimar o custo das investigações do subsolo entre 0,5 e 1% do custo da construção da estrutura. A percentagem mais baixa refere-se aos grandes projetos e projetos sem condições críticas de fundação. A percentagem mais alta está ligada aos projetos menores ou com condições desfavoráveis de fundação. Entretanto, o valor de uma investigação pode ser medido pela quantia que seria dispendida na construção se a investigação não tivesse sido feita. Cabe aqui a frase citada por F. Ottman - G. Lahuec (Dragages et Geologie) - “Todas as sondagens são caras, mas as mais caras são aquelas que não foram feitas”. 6 Quando um projetista se defronta com informações insuficientes ou inadequadas ele compensa essa falha com um superdimensionamento; quando um empreiteiro recebe informações incompletas ele aumenta o seu orçamento para cobrir possíveis imprevistos, tais como a mudança de projeto ou do processo construtivo. Como conseqüência, o custo de informações inadequadas é consideravelmente maior do que o custo da investigação 1.5 – O PROBLEMA DO RISCO NAS INVESTIGAÇÕES DO SUBSOLO Os projetistas de uma estrutura de aço ou de concreto podem especificar as características desses materiais que vão utilizar em seus projetos e controlar se os materiais fornecidos ou fabricados na obra atendem às suas necessidades. Os solos e as rochas, entretanto, não oferecem a possibilidade de um controle rígido de qualidade. Os defeitos são freqüentemente escondidos pelas camadas superficiais e espessas vegetações e o fabricante não pode ser chamado para cumprir uma especificação ou garantir um mínimo de qualidade. Portanto, avaliar a qualidade das condições do subsolo de um determinado local é muito mais difícil e há uma margem de insegurança muito maior do que o estabelecimento das propriedades de qualquer outro material de construção. Haverá, portanto sempre algum risco pelo encontro de condições desconhecidas e isto deve ser minimizado, mas nunca eliminado por um programa de investigações bem planejado, especificado e executado cuidadosamente. Por outro lado impõe-se uma fiscalização rigorosa para garantir que a finalidade das investigações está sendo adequadamente interpretada e que os resultados estão sendo atingidos. Muitos projetistas ou órgãos patrocinadores das investigações têm uma especificação padronizada, a qual é modificada para adaptar-se a um serviço particular. Contudo, subestimam a necessidade de um acompanhamento a cada passo das operações de sondagem, coleta de amostras ou ensaios de campo, para que possam ser efetuadas modificações no programa de exploração à medida que as condições do subsolo sejam determinadas. O executante das sondagens deve manter estreita ligação com os projetistas, de modo que ele possa relatar suas observações inteligentemente, e que as decisões de engenharia possam ser feitas imediatamente. Por menor que o serviço possa parecer, um acompanhamento do campo por um técnico conhecedor do reconhecimento dos solos e procedimentos das sondagens deve ser exercidos. O sondador é um operário experimentado no uso do equipamento e métodos de perfuração. Ele trabalha mais efetivamente quando adequadamente instruído sobre o que ele deve obter. A definição dessa meta requer uma decisão de engenheiro e não se deve esperar do sondador que ele decida que informações deve dar, que amostras deve colher ou quando parar uma sondagem. 7 2. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA em : Os métodos de prospecção do subsolo para fins geotécnicos classificam-se a) Métodos indiretos: São aqueles em que a determinação das propriedades das camadas do subsolo é feita indiretamente pela medida, seja da sua resistividade elétrica ou da velocidade de propagação de ondas elásticas. Os índices medidos mantém correlações com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se ainda conhecer as suas respectivas profundidades e espessuras. Incluem-se nessa categoria os métodos geofísicos. b) Métodos semidiretos: São processos que fornecem informações sobre as características do terreno, sem contudo possibilitarem a coleta de amostras ou informações sobre a natureza do solo, a não ser por correlações indiretas. c) Métodos diretos: Consistem em qualquer conjunto de operações destinadas a observar diretamente o solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração. 3 – MÉTODOS DIRETOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO Os principais métodos diretos são: a) - Manuais Poços Trincheiras Trados manuais b) Mecânicos - Sondagens à percussão com circulação de água Sondagens rotativas Sondagens mistas Sondagens especiais com extração de amostras indeformadas 3.1 – POÇOS Objetivos: * Exame das camadas do subsolo ao longo de suas paredes; coleta de amostras deformadas ou indeformadas (blocos ou anéis). Equipamento utilizado: * Pá, picareta, balde e sarilho. 8 Limitações: * A profundidade é limitada pela presença do nível da água. 3.2 – TRINCHEIRAS Objetivos: * Obter uma exposição contínua do subsolo, ao longo da seção de uma encosta natural, áreas de empréstimos, locais de pedreiras, etc. Equipamento utilizado: * Escavadeira. Apresentação: * Perfis geológicos, estimados em função dos solos encontrados nas diferentes profundidades. 3.3 – TRADOS MANUAIS Vantagens: * Processo mais simples, rápido e econômico para as investigações preliminares das condições geológicas superficiais. Utilização: * Amostras amolgadas em pesquisa de jazidas * Determinação do nível da água. * Mudança de camadas. * Avanço da perfuração para ensaio de penetração. Equipamento utilizado: * Haste de ferro ou meio aço (1/2” ou 3/4“) com roscas e luvas nas extremidades – extensões de 1, 2 e 3 m. * Barra para rotação e luva em T. * Brocas – podem ser do tipo cavadeira, helicoidal ou torcida com diâmetros de 2 ½’, 4 ou 6“ (fig. 3.1). * Chaves de grifo, sacos e vidros para as amostras. 9 Execução: * A perfuração é feita com os operadores girando a barra horizontal acoplada a hastes verticais, em cuja extremidade encontra-se a broca. A cada 5 ou 6 rotações, forçando-se o trado para baixo é necessário retirar a broca para remover o material acumulado que é colocado em sacos de lona ou plástico devidamente etiquetados. Limitações: * Camadas de pedregulhos mesmo de pequena espessura (5 cm). * Pedras ou matacões. Solos abaixo do nível da água. Areias muito compactas. * Normalmente podem atingir 10 m. Apresentação: * Os resultados de cada sondagem são apresentados sob forma de perfis individuais ou de tabelas e são traçados perfis gerais do subsolo, procedimento normalmente adotado para as áreas de empréstimo (fig. 3.2). 10 11 3.4 – SONDAGENS À PERCUSSÃO COM CIRCULAÇÃO DE ÁGUA O método da sondagem conhecido como de percussão com circulação de água, originário da América do Norte, é o mais difundido no Brasil. Seu emprego fornece as seguintes vantagens principais: • Custo relativamente baixo. • Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso. • Permite a coleta de amostras do terreno, a diversas profundidades, possibilitando o conhecimento da estatigrafia do mesmo. • Através da maior ou menor dificuldade oferecida pelo solo à penetração de ferramenta padronizada, fornece indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos investigados. • Possibilita a determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático. 3.4.1 – Equipamento O equipamento para a execução de uma sondagem à percussão é composto em linhas gerais dos seguintes elementos: • Tripé equipado com sarrilho, roldana e cabo (fig. 3.3). • Tubos de revestimento devem ser de aço com diâmetro nominal interno de 63,5 mm (Dext = 76,1 mm + 5 mm e Dint = 68,8 + 5 mm) podendo ser emendados por luvas, com comprimentos de 1,00 e/ou 2,00 m. • Composição de perfuração e de cravação do amostrador padrão deve ser constituída de hastes de aço com diâmetro nominal interno de 25 mm (Dext = 33,4 + 2,5 mm e Dint = 24,3 + 5 mm) e peso teórico de 32N/m, acopladas por roscas e luvas em bom estado, devidamente atarraxadas, formando um conjunto retilíneo, em segmentos de 1,00 m e/ou 2,00 m. • Trado concha deve ter diâmetro de (100 + 10) mm. • Trado helicoidal:a diferença entre o diâmetro do trado helicoidal (diâmetro mínimo de 56 mm) e o diâmetro interno do tubo de revestimento deve estar compreendida entre 5 mm e 7 mm, a fim de permitir a sua operação por dentro do tubo de revestimento e, mesmo com algum desgaste, ainda permitir abertura de furo com diâmetro mínimo de 56 mm, para que o amostrador-padrão desça livre dentro da perfuração. 12 • Trépano de lavagem ou peça de lavagem deve ser constituído por peça de aço, com diâmetro nominal de 25 mm, terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para água, conforme fig. 1 . A largura da lâmina do trépano deve apresentar uma folga de 3 mm a 5 mm em relação ao diâmetro interno do tubo de revestimento utilizado. A distância entre os orifícios de saída da água e a extremidade em forma de bisel deve ser no mínimo de 200 mm e no máximo de 300 mm. 13 • Amostrador-padrão, de diâmetro externo de 50,8 + 2 mm e diâmetro interno de 34,9 + 2 mm, deve ter a forma e dimensões indicadas nas figuras 3.4 (para fabricação e para verificações expedidas em obras) estando descritas a seguir as partes que o compõem: • cabeça, devendo ter dois orifícios laterais para saída da água e do ar, bem como devendo conter interiormente uma válvula constituída por esfera de aço recoberta de material inoxidável (ver figura 2a e 2b ). • corpo, devendo ser perfeitamente retilíneo, isento de amassamentos, ondulações, denteamentos, estriamentos, rebordos ou qualquer deformação que altere a seção e rugosidade superficial, podendo ou não ser bipartido longitudinalmente (ver figura 3a e 3b). • sapata ou bico, devendo ser de aço temperado e estar isenta de trincas, amassamentos, ondulações, denteações, rebordos ou qualquer tipo de 14 deformação que altere a seção (ver figura 2a e 2b ). • Cabeça de bater da composição de cravação, que vai receber o impacto direto do martelo, deve ser constituída por tarugo de aço de (83 + 5) mm de diâmetro e (90 + 5) mm de altura e massa nominal entre 3,5 kg e 4,5 kg. • Martelo padronizado para cravação dos tubos de revestimento e da composição de hastes com amostrador, deve consistir em uma massa de ferro de forma prismática ou cilíndrica, tendo encaixado, na parte inferior, um coxim de madeira dura (peroba rosa ou equivalente), conforme indicado na figura 4 (a - para fabricação e b - para verificações expedidas em obras) perfazendo um total de 65 kg. a) o martelo maciço deve ter uma haste guia de 1,20 m de comprimento fixada à sua face inferior, no mesmo eixo de simetria longitudinal, a fim de assegurar a centralização do impacto na queda; esta haste-guia deve ter uma marca visível distando de 0,75 m da base do coxim de madeira; b) O martelo vazado deve ter um furo central de 44 mm de diâmetro, sendo que, neste caso, a cabeça de bater deve haver uma marca distando 0,75 m do topo da cabeça de bater; e c) a haste-guia do martelo deve ser sempre retilínea e perpendicular à superfície que vai receber o impacto do martelo. • Conjunto moto-bomba para circulação de água no avanço da perfuração. • Materiais acessórios e ferramentas gerais necessárias à operação da aparelhagem (baldinho para esgotar o furo; medidor de nível d’água; metro de balcão; caixa d’água ou tambor com divisória interna para decantação; grifos; etc.). 15 16 17 18 19 20 21 22 3.4.2 – Procedimento Em linhas gerais a execução de sondagens de reconhecimento a percussão com circulação de água compreende as seguintes operações: a) Processo de perfuração: • • • • • • • • • • A perfuração é iniciada com trado cavadeira até a profundidade de 1 metro, instalando-se o primeiro seguimento do tubo de revestimento dotado de sapata cortante. Nas operações subsequentes de perfuração utiliza-se o trado espiral, até que se torne inoperante ou até encontrar o nível da água. Não é permitido que , nas operações com o trado, o mesmo seja cravado dinamicamente com golpes do martelo ou por impulsão da composição de perfuração. Quando avanço da perfuração com emprego do trado helicoidal for inferior a 50 mm após 10 min de operação ou no caso de solo não aderente ao trado, passa-se ao método de perfuração por circulação de água, também chamado de lavagem, no qual usando-se o trépano de lavagem como ferramenta de escavação, a remoção do material escavado se faz por meio de circulação de água, realizada pela bomba da água motorizada A operação em si, consiste na elevação da composição de perfuração em cerca de 30 cm do fundo do furo e na sua queda, que deve ser acompanhada de movimentos de rotação alternados (vai-e-vem), aplicados manualmente pelo operador. A medida que se for aproximando da cota de ensaio e amostragem, recomenda-se que essa altura seja progressivamente diminuída. Quando se atingir a cota de ensaio e amostragem, a composição de perfuração deve ser suspensa a uma altura de 0,20 m do fundo do furo, mantendo-se a circulação de água por tempo suficiente, até que todos os detritos da perfuração tenham sido removidos do interior do furo. Toda vez que for descida a composição de perfuração com o trépano ou instalado novo segmento de tubo de revestimento, os mesmo devem ser medidos com erro máximo de 10 mm. Durante as operações de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável, procede-se a descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário, alternadamente com a operação de perfuração. O tubo de revestimento deverá fica a uma distância de no mínimo a 0,50 m do fundo do furo, quando da operação de ensaio e amostragem. Somente em casos de fluência do solo para o interior do furo, deve ser admitido deixá-lo à mesma profundidade do fundo do furo. Em sondagens profundas, onde a descida e a posterior remoção dos tubos de revestimento for problemática, poderão ser empregadas lamas de estabilização em lugar do tubo de revestimento. Durante a operação de perfuração são anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame táctil-visual e da mudança de coloração dos materiais trazidos à boca do furo pelo trado espiral ou pela água de lavagem. Durante a sondagem o nível da água no interior do furo é mantido em cota igual ou superior ao nível do lençol freático encontrado e correspondente. Atenção especial deve ser dada no caso de existência de diversos lençóis freáticos 23 independentes e intercalados, quando se faz necessário o adequado manejo de revestimento e de processo de perfuração. • Antes de se retirar a composição de perfuração, com o trado helicoidal ou o trépano de lavagem apoiado no fundo do furo, deve ser feita uma marca na haste à altura da boca do revestimento, para que seja medida, com erro máximo de 10 mm, a profundidade em que se irá apoiar o amostrador na operação subsequente de ensaio e amostragem. b) Amostragem • Será coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado concha durante a perfuração até um metro de profundidade. • Posteriormente, a cada metro de perfuração, a contar de um metro de profundidade, são colhidas amostras dos solos por meio dos amostrador padrão. • Obtém-se amostras cilíndricas, adequadas para a classificação, porém evidentemente comprimidas. Esse processo de extração de amostra oferece entretanto a vantagem de possibilitar a medida de consistência ou compacidade do solo por meio de sua resistência à penetração no terreno, da qual se tratará adiante. • As amostras colhidas devem ser imediatamente acondicionadas em recipientes herméticos e de dimensões tais que permitam receber pelo menos um cilindro de solo colhido do bico do amostrador-padrão. • Nos casos em que haja mudança de camada junto à cota de execução do SPT ou quando a quantidade de solo proveniente do bico do amostrador-padrão for insuficiente para a sua classificação, recomenda-se também o armazenamento de amostras colhidas do corpo do amostrador-padrão. • Nos casos em que não haja recuperação da amostra pelo amostrador-padrão, deve-se anotar claramente no relatório. • Cada recipiente de amostra deve ser provido de uma etiqueta, na qual, escrito com tinta indelével, deve contar o seguinte: a) designação ou número do trabalho; b) local da obra c) número da sondagem; d) número da amostra; e) profundidade da amostra; e f) números de golpes e respectivas penetrações do amostrador. • As amostras devem ser conservadas pela empresa executora, à disposição dos interessados por um período mínimo de 60 dias, a contar da data da apresentação do relatório. c) Ensaio de penetração dinâmica • O amostrador padrão, conectado às hastes de perfuração, é descido no interior do furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfuração. • Caso haja discrepância entre as duas medidas supra referidas (ficando o 24 amostrador mais de 2 cm acima da cota de fundo, atingida no estágio precedente) a composição deve ser retirada, repetindo-se a operação de limpeza do furo. • Após o posicionamento do amostrador conectado à composição de cravação, coloca-se a cabeça de bater no topo da haste e, utilizando-se o tubo de revestimento como referência, marca-se na haste, com um giz, um seguimento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm. • A seguir, o martelo é apoiado suavemente sobre a cabeça de bater e anotada a eventual penetração do amostrador no solo. • Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, após o procedimento anterior, prossegue-se a cravação do amostrador até completar os 45 cm de penetração por meios de impactos sucessivos do martelo padronizado caindo livremente de uma altura de 75 cm, anotando-se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada segmento de 15 cm do amostrador. Freqüentemente não ocorre a penetração exata dos 45 cm, bem como de cada um dos segmentos de 15 cm do amostrador, com certo número de golpes. Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrandose o comprimento penetrado (por exemplo, três golpes para a penetração de 17 cm). • A seguir, conta-se o número adicional de golpes até a penetração total ultrapassar 30 cm e em seguida o número de golpes adicionais para a cravação atingir 45 cm ou, com o último golpe, ultrapassar este valor. • O registro é expresso pelas frações obtidas nas três etapas. Por exemplo: 3/17 4/14 - 5/15. As penetrações parciais ou acumuladas devem ser medidas com erro máximo de 5 mm. • A cravação do amostrador, nos 45 cm previstos para a realização do SPT, deve ser contínua e sem aplicação de qualquer movimento de rotação nas hastes. • A elevação do martelo até a altura de 75 cm, marcada na haste guia, é feita normalmente por meio de corda flexível, de sisal, com diâmetro de 19 mm a 25 mm, que se encaixa com folga no sulco da roldana da torre. • Observar que os eixos longitudinais do martelo e da composição de cravação com amostrador devem ser rigorosamente coincidentes. • Precauções especiais devem ser tomadas para que, durante a queda livre do martelo, não haja perda de energia de cravação por atrito, principalmente nos equipamentos mecanizados, os quais devem ser dotados de dispositivo disparador que garanta a queda totalmente livre do martelo. • A cravação do amostrador é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações: a) em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30; b) um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação; e c) não se observar avanço do amostrador durante aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. • Quando a cravação atingir 45 cm, o índice de resistência à penetração N é expresso como a soma do número de golpes requeridos para a segunda e a terceira etapas de penetração de 15 cm, adotando-se os números obtidos nestas etapas mesmo quando a penetração não tiver sido de exatos 15 cm. • Quando, com a aplicação do primeiro golpe do martelo, a penetração for superior a 45 cm, o resultado da cravação do amostrador deve ser expresso pela relação deste golpe com a respectiva penetração. Exemplo: 1/58. 25 • Quando a penetração for incompleta, o resultado da cravação do amostrador é expresso pelas relações entre o número de golpes e a penetração para cada 15 cm de penetração. Exemplo: 12/16; 30/11 (N>30 para 15 cm); 14/15 - 21/15 15/7 (N>50 para 45 cm); 10/0 (não apresenta avanço do amostrador após 5 golpes). • Quando a penetração do amostrador-padrão com poucos golpes exceder significativamente os 45 cm ou quando não puder haver distinção clara nas três penetrações parciais de 15 cm, o resultado da cravação do amostrador deve ser expresso pelas relações entre o número de golpes e a penetração correspondente. Exemplo: 0/65 ; 1/33 - 1/20. 3.4.3 – Critérios de paralisação da sondagem O processo de perfuração por lavagem, associado aos ensaios penetrométricos, será utilizado até onde se obtiver nesses ensaios uma das seguintes condições:


Quando, em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador; Quando, em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador; e Quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45 cm do amostrador. Caso a penetração seja nula dentro da precisão da medida na seqüência de 5 impactos do martelo o ensaio será interrompido, não havendo necessidade de obedecer ao critério estabelecido acima. Entretanto, ocorrendo essa situação antes de 8,00 m, a sondagem será deslocada até o máximo de quatro vezes em posições diametralmente opostas, distantes 2,00 m da sondagem inicial. 3.4.4 – Ensaio de avanço da perfuração por lavagem Quando for atingida a condição de impenetrável à percussão anteriormente descrita, poderá a mesma ser confirmada pelo ensaio de avanço da perfuração por lavagem. Consiste na execução da operação de perfuração por circulação de água durante 30 minutos anotando-se os avanços do trépano, obtidos a cada período de 10 minutos. A sondagem será dada por encerrada quando no ensaio de avanço de perfuração por lavagem forem obtidos avanços inferiores a 5 cm em cada período de 10 minutos, ou quando após a realização de 4 ensaios consecutivos não for alcançada a profundidade de execução do ensaio penetrométrico seguinte. Caso haja necessidade técnica de continuar a investigação do subsolo até profundidades superiores à aquelas limitadas nos critérios de paralisação, o processo de perfuração por trépano e circulação de água deve prosseguir até que 26 sejam atingidas as condições expressas no parágrafo anterior, devendo, então, a seguir ser substituído pelo método de perfuração rotativa. 27 3.4.5 – Observação do nível da água freático Durante a perfuração com o auxílio do trado helicoidal, o operador deve estar atento a qualquer aumento aparente da umidade do solo, indicativo da presença próxima do nível d’água, bem como um indício mais forte, tal como o solo se encontrar molhado em determinado trecho inferior do trado helicoidal, comprovando ter sido atravessado um nível d’água. Nesta oportunidade, interrompe-se a operação de perfuração e passa-se a observar a elevação do nível d’água no furo, efetuando-se leituras a cada 5 min. no mínimo. Na execução da sondagem à percussão são efetuadas observações sobre o nível da água, registrando-se a sua cota, a pressão que se encontra e as condições de permeabilidade e drenagem das camadas atravessadas. Sempre que houver interrupção na execução da sondagem, é obrigatória, tanto no início quanto no final desta interrupção, a medida da posição do nível da água, bem como da profundidade aberta do furo e da posição do tubo de revestimento. Sendo observados níveis d’água variáveis durante o dia, essa variação deve ser anotada no relatório final. Nos casos onde ocorrem pressão de artesianismo no lençol freático ou fuga de água no furo deverão ser anotadas no relatório final as profundidades dessas ocorrências e do tubo de revestimento. Após o término da sondagem, deve ser feito o máximo rebaixamento possível da coluna d’água interna do furo com auxílio do baldinho, operando-se a seguir as leituras a cada 5 min, durante 15 min no mínimo. Após o encerramento da sondagem e a retirada do tubo de revestimento, decorridas no mínimo 12 horas (geralmente 24 horas), e estando o furo não obstruído, deve ser medida a posição do nível d’água, bem como a profundidade até onde o furo permanece aberto. 3.4.6 - Índice de resistência à penetração Tal como definido por Terzaghi-Peck (“Soil Mechanics in Engineerring Practice”) o índice de resistência à penetração (SPT ou N - Standard Penetration Test) é a soma do número de golpes necessários à penetração no solo, dos 30 cm finais do amostrador. Despreza-se portanto o número de golpes correspondentes à cravação dos 15 cm iniciais do amostrador. Ainda que o ensaio de resistência à penetração não possa ser considerado como um método preciso de investigação, os valores de N obtidos dão uma indicação preliminar bastante útil da consistência (solos argilosos) ou estado de compacidade (solos arenosos) das camadas de solos investigadas. Na tab. 3.1 constam a designação e valores estabelecido por Terzaghi-Peck na bibliografia citada e adotados no método proposto pela Associação Brasileira de Mecânica dos Solos (ABMS). 28 Tabela 3.1 SOLO ÍNDICE DE RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DESIGNAÇÃO Areias e siltes <4 Fofa (o) arenosos 5a8 9 a 18 Pouco compacta (o) Medianamente compacta (o) 19 a 40 Compacta (o) > 40 Muito compacta (o) Argilas e siltes <2 Muito Mole argilosos 03 a 05 Mole 06 a 10 Média (o) 11 a 15 Rija (o) 16 a 19 Muito rija (o) > 19 Dura As resistências à penetração podem apresentar resultados variáveis, pois os fatores que influem sobre seus valores são muitos, podendo estar ligados ao equipamento ou à execução da sondagem como a seguir relacionado. Fatores ligados ao equipamento A forma, as dimensões e estado de conservação do amostrador; Estado de conservação das hastes e uso de hastes de diferentes pesos; Peso de bater não calibrado e natureza da superfície de impacto (ferro sobre ferro ou adoção de uma superfície amortecedora); • O diâmetro do tubo de revestimento da sondagem. • • • Fatores ligados à execução da sondagem • Variação na energia de cravação (altura de queda do martelo, atrito no cabo de sustentação); • O processo de avanço da sondagem, acima e abaixo do nível d’água subterrâneo (inclusive a manutenção ou não desse nível d’água, quando perfurando abaixo dele); • Má limpeza do furo. Presença de pedregulho no interior da perfuração; • Furo não alargado suficientemente para livre passagem do amostrador; • Excesso de lavagem para cravação do revestimento; • Erro na contagem do numero de golpes. Conclui-se portanto que as correlações como as constantes da tabela 3.1, dependem do equipamento e dos processos com que são obtidos os N (golpes/30 29 cm). Entende-se pois a importância da padronização na execução da sondagem à percussão, a fim de que sejam comparáveis os resultados das sondagens executadas por diferentes organizações e válidas a utilização de correlações do SPT com outros parâmetros dos solos. 3.4.7 - Interpretação dos resultados As amostras devem ser examinados procurando identificá-las no mínimo através das seguintes características: a) Granulometria; b) Plasticidade; c) Cor; e d) Origem, tais como: solos residuais; transportados (coluvionares, aluvionares, fluviais e marinhos) aterros. Após sua ordenação pela profundidade, as amostras devem ser examinadas individualmente, devendo ser agrupadas as amostras consecutivas com características semelhantes. Inicia-se o procedimento de identificação das amostras de solo pela sua granulometria, procurando-se separá-las em duas grandes divisões: solos grossos (areias e pedregulhos) e solos finos (argilas e siltes). O ensaio a tato, que consiste em friccionar a amostra com os dedos, permite separar os solos grossos, que são ásperos ao tato, dos solos finos, que são macios. O exame visual das amostra permite avaliar a predominância do tamanho de grãos, sendo possível individualizar grãos de tamanho superior a décimo de milímetro, admitido como visíveis a olho nu. Solos com predominância de grãos maiores de 2 mm devem ser classificados como pedregulhos e com grãos inferiores a 2 mm e superiores a 0,1 mm devem ser classificados como areias. Um exame mais acurado permite a subdivisão das areias em: grossas (grãos da ordem de 1,0 mm), médias (grãos da ordem de 0,5 mm) e em finas (grãos da ordem de 0,2 mm). Solos com predominância de partículas ou grãos inferiores a 0,1 mm devem ser classificados como argilas ou siltes. As argilas se distinguem dos siltes pela plasticidade, quando possuem umidade suficiente, e pela resistência coesiva, quando secas ao ar. A classificação acima indicada deve ser adjetivada com as frações de solo que puderem ser também identificadas pelos critérios já definidos, podendo-se, com alguma experiência, avaliar as proporções desta fração complementar. Deve ser utilizada nomenclatura onde apareçam, no máximo, três frações de solo, por exemplo: argila-silto-arenosa. Todavia, admite-se a complementação da descrição quando houver presença de pedregulhos, cascalhos, detritos ou matéria orgânica, concreções, etc. A nomenclatura das amostras dos solos deve ser acompanhada pela indicação da cor, feita logo após a coletas das mesmas, utilizando-se até o máximo de duas designações de cores. Quando as amostras apresentarem mais do que duas cores, deve ser utilizado o termo variegado no lugar do relacionamento das cores. 30 Embora considerado o caráter subjetivo desta indicação da cor, devem ser utilizadas as designações branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, admitindo-se ainda as designações complementares claro e escuro. Quando, pelo exame táctil-visual, for constatada a presença acentuada de mica, a designação micácea é acrescentada à nomenclatura do solo. A designação da origem dos solos (residual, coluvial, aluvial, etc.) e aterros deve ser acrescentada à sua nomenclatura. No caso de solos residuais, recomendase a indicação da rocha mater. Deve-se a Meyerhof (1956) uma correlação entre o SPT (N) e certas propriedades físicas do solo. A fig. 3.2 dá uma correlação deste tipo para as areias. Ela é expressa em função da compacidade relativa que se define pela expressão: Dr = emáx - e emáx - emin Onde e emáx = Índice de vazios do solo em seu estado natural; = Índice de vazios do mesmo solo nas condições de compacidade mínima; emin = Índice de vazios do mesmo solo nas condições de compacidade máxima. A título meramente indicativo, na mesma tabela constam valores aproximados do ângulo atrito O e a correlação proposta por Meyerhof com os resultados do penetrômetro estático (diepsondering) que será descrito adiante. Tabela 3.2 Compacidade da areia Densidade relativa Dr SPT Ângulo de atrito O (o) Ensaio de penetração estática (kg/cm2) Fofa Pouco compacta Compactação Média Compacta Muito compacta < 0,2 0,2 a 0,4 0,4 a 0,6 <4 05 a 08 09 a 18 < 30 30 a 35 35 a 40 < 20 20 a 40 40 a 120 0,6 a 0,8 > 0,8 19 a 40 > 40 40 a 45 > 45 120 a 200 > 200 31 Cabe ressaltar que se a areia é muito fina e contém grande percentagem de silte e além disso está situada abaixo do lençol freático, a tabela pode indicar uma densidade relativa consideravelmente maior que a densidade relativa real do solo em estudo. A tab. 3.3 apresenta uma correlação do mesmo tipo para solos coesivos, estabelecida por Terzaghi-Peck. Esta correlação entre o índice de resistência à penetração e a resistência à compressão simples é ainda menos precisa que a anterior e tem também caráter indicativo. Tabela 3.3 Consistência da argila SPT Resistência à compressão simples (kg/cm2) Muito mole Mole Média Rija Muito Rija Dura <2 03 a 05 06 a 10 11 a 15 16 a 19 >19 < 0,25 0,25 a 0,5 0,5 a 1,0 1,0 a 2,0 2,0 a 4,0 > 4,0 Na maioria dos casos, a interpretação das sondagens visa a escolha do tipo das fundações e a estima das taxas admissíveis do terreno e dos recalques das fundações. A escolha do tipo de fundação pode ser feita à vista dos perfis de sondagens, apoiados por perfis longitudinais do subsolo, passando pelos pontos sondados. A pressão admissível a ser transmitida por um fundação direta ao solo, dependendo da importância da obra, da experiência acumulada na região, pode ser estabelecida em função de índice correlacionado com a consistência ou compacidade das diversas camadas do subsolo. Entre os projetistas brasileiros de fundações tem sido empregado o índice de medida da resistência à penetração do amostrador-padrão utilizado nas sondagens à percussão. As tabelas 3.4 e 3.5 traduzem relações entre o índice de resistência à 32 penetração (SPT) com as taxas admissíveis para solos argilosos e arenosos. Tabela 3.4 Argila Nº de Golpes SPT Muito mole Mole Média Rija Muito Rija Dura <2 03 a 05 06 a 10 11 a 15 16 a 19 > 19 Tensões Admissíveis Sapata Quadrada 2 (kg/cm ) Tensões Admissíveis Sapata Contínua 2 (kg/cm ) < 0,30 0,33 a 0,60 0,60 a 1,20 1,20 a 2,40 2,40 a 4,80 > 4,80 < 0,22 0,22 a 0,45 0,45 a 0,90 0,90 a 1,80 1,80 a 3,60 > 3,60 Tabela 3.5 Areia Nº de Golpes SPT Tensão Admissível (kg/cm2) Fofa Pouco Compacta Medianamente Compacta Compacta Muito Compacta <4 05 a 10 11 a 30 31 a 50 > 50 < 1,0 1,0 a 2,0 2,0 a 4,0 4,0 a 6,0 > 6,0 As tabelas dessas naturezas devem ser usadas criteriosamente e considerados todos os fatores inerentes às fundações (forma, dimensões e profundidade) e ao terreno que servirá de apoio (profundidade, ocorrência do nível d’água e possibilidade de recalques, existência de camadas mais fracas abaixo da cota prevista para assentamento das fundações). 3.4.8 - Apresentação das sondagens Com base nas anotações de campo e nas amostras colhidas prepara-se para cada sondagem um desenho (formato A4 da ABNT) contendo o perfil individual de sondagem (fig. 3.5) e um corte geológico que tem o aspecto geral apresentado na fig. 3.6, onde figuram as seqüências prováveis da camada do subsolo, constando, ainda, cotas, posições onde foram recolhidas amostras, os níveis d’água subterrâneos, além das resistências à penetração, nas cotas em que foram observadas e expressas em golpes/cm. 33 34 35 Do relatório sobre as sondagens deve constar um desenho com a localização das sondagens em relação a pontos bem determinados do terreno, além da indicação do RN aos quais foram referidas as cotas dos pontos sondados. Nas folhas de anotação de campo devem ser registrados, conforme a norma NBR6484:



















Nome da empresa ou interessado; Número do trabalho; Local do terreno; Número da sondagem; Data e hora de início e término da sondagem; Métodos de perfuração empregados (TC – trado concha; TH – trado helicoidal; CA – circulação de água) e profundidades respectivas; Avanços do tubo de revestimento; Profundidades das mudanças das camadas de solo e do final da sondagem; Numeração e profundidades das amostras coletadas no amostrador padrão e/ou trado; Anotação das amostras colhidas por circulação de água, quando da não recuperação pelo amostrador padrão; Descrição táctil-visual das amostras, na seqüência: granulometria principal e secundária; origem; cor. Número de golpes necessários à cravação de cada trecho nominal de 15 cm do amostrador em função da penetração correspondente; Resultados dos ensaios de avanço de perfuração por circulação de água; Anotação sobre a posição do nível da água, com data, hora, profundidade aberta do furo e respectiva posição do revestimento, quando houver; Nome do operador e vistos do fiscal; Outras informações colhidas durante a execução da sondagem, se julgadas de interesse; Procedimentos especiais utilizados, previstos nesta norma; Os relatórios de campo devem ser conservados à disposição dos interessados por um período mínimo de um ano, a contar da data da apresentação do relatório definitivo. Já no relatório definitivo , o mesmo deve apresentar os resultados das sondagens de simples reconhecimento em relatórios numerados, datados e assinados por responsável técnico pelo trabalho, perante o Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia – CREA. Devem constar no relatório definitivo: a) Nome do interessado/contratante; b) Local e natureza da obra; c) Descrição sumária do métodos e dos equipamentos empregados na realização das sondagens; d) Total perfurado, em metros; e) Declaração de que foram obedecidas as normas brasileiras relativas ao assunto; 36 f) Outras observações e comentários, se julgados importantes; e g) Referências aos desenhos constantes no relatório. Anexar ao relatório um desenho contendo: a) Planta do local da obra, cotada e amarrada a referências facilmente encontráveis (logradouros públicos, acidentes geográficos, marcos topográficos, etc.), de forma a não deixar dúvidas quanto a sua localização; b) Planta contendo aposição de referência de nível (RN) tomada para o nivelamento da(s) boca(s) do(s) furo(s) de sondagem(ens), bem como a descrição sumária do elemento físico tomada como RN; c) Localização das sondagens, cotadas e amarradas a elementos fixos e bem definidos no terreno. Apresentar os resultados das sondagens em desenhos contendo o perfil individual de cada sondagem ou seções do subsolo, nos quais devem constar, obrigatoriamente: a) Nome da firma executora da sondagem, o nome do interessado ou contratante, local da obra, indicação do numero do trabalho e os vistos do desenhista, engenheiro civil ou geólogo, responsável pelo trabalho; b) Diâmetro do tubo de revestimento e do amostrador empregados na execução das sondagens; c) Número(s) da(s) sondagem(ns); d) Cota(s) da(s) boca(s) do(s) furo(s) de sondagem, com precisão centimétrica; e) Linhas horizontais cotadas a cada 5 metros em relação à referência de nível; f) Posição das amostras colhidas, devendo ser indicadas as amostras não recuperadas e os detritos colhidos na circulação de água; g) As profundidades, em relação à boca do furo, das transições das camadas e do final da(s) sondagem(ns); h) Índice de resistência à penetração N ou relações do número de golpes pela penetração (expressa em centímetros) do amostrador; i) Identificação dos solos amostrados e convenção gráfica dos mesmos conforme a NBR 13441; j) A posição do(s) nível(is) da água encontrado(s) e a(s) respectiva(s) data(s) de observação(ões), indicando se houve pressão ou perda de água durante a perfuração; k) Indicação da não ocorrência de nível da água, quando não encontrado; l) Datas de início e término de cada sondagem; m) Indicação dos processos de perfuração empregados (TH – trado helicoidal; CA – circulação de água) e respectivos trechos, bem como as posições sucessivas do tubo de revestimento e uso da lama de estabilização quando utilizada; n) Procedimentos especiais utilizados, previstos nesta Norma; e o) Resultados dos ensaios de avanço de perfuração por circulação de água. p) Desenhar as sondagens na escala vertical de 1:100. 37 3.5 - SONDAGENS ROTATIVAS 3.5.1 - Finalidades Quando uma sondagem alcança uma camada de rocha ou quando no curso de uma perfuração as ferramentas das sondagens à percussão encontram solo de alta resistência, blocos ou matacões de natureza rochosa é necessário recorrer às sondagens rotativas. As sondagens rotativas têm como principal objetivo a obtenção do testemunho, isto é, de amostras da rocha mas permitem a identificação das descontinuidades do maciço rochoso e a realização no interior da perfuração de ensaios “in situ”, como por exemplo, o ensaio de perda de água, quando se deseja conhecer a permeabilidade da rocha ou a localização das fendas e falhas. A sondagem realizada puramente pelo processo rotativo só se justifica quando a rocha aflora ou quando não há necessidade da investigação pormenorizada com coleta de amostras das camadas de solos residuais, sedimentares ou coluviais que na maioria dos casos recobrem o maciço rochoso. 3.5.2 - Equipamento O equipamento para a realização de sondagens rotativas (fig. 3.7) compõe-se essencialmente de : 3.11) • Sonda (Motor, Guincho e Cabeçote de Perfuração) • Hastes de perfuração • Barriletes (Simples, Duplo-Rígido, Duplo-Giratório e Especiais – figs. 3.9 a • Ferramentas de corte (Coroas compostas por: Matriz de Aço, Corpo da Coroa, Saídas de Água e Diamantes) • Conjugado motor-bomba (Sistema de circulação de água: Refrigeração, expulsão de fragmentos e diminuição da fricção) • Tubos de revestimento. 38 39 40 41 3.5.3 - Operação A sonda deve ser instalada sobre uma plataforma devidamente ancorada no terreno a fim de se manter constante a pressão sobre a ferramenta de corte. A seguir a composição (haste, barrilete, alargador e coroa) é acoplada à sonda antes de ser acionada, põe-se em funcionamento a bomba que injeta o fluido de circulação. A execução da sondagem rotativa consiste basicamente na realização de manobras consecutivas, isto é, a sonda imprime às hastes os movimentos rotativos e de avanço na direção do furo e estas os transferem ao barrilete provido de coroa . O comprimento máximo de cada manobra é determinado pelo comprimento do barrilete, que é em geral de 1,5 a 3,0 m. Terminada a manobra, o barrilete é alçado do furo e os testemunhos são cuidadosamente retirados e colocados em caixas especiais com separação e obedecendo à ordem de avanço da perfuração. No boletim de campo da sondagem são anotadas as profundidades do início e término das manobras e o comprimento de testemunhos recuperados medidos, na caixa após a arrumação cuidadosa. Constam ainda do boletim de sondagem as seguintes informações: tipo de sonda, os diâmetros de revestimento usados nos diferentes comprimentos da perfuração, o número de fragmentos em cada manobra, natureza do terreno atravessado (litologia, fraturas, zonas alteradas, etc.), nível d’água no início e no final da sondagem. 3.5.4 - Apresentação dos resultados Todos os dados colhidos na sondagem são resumidos na forma de um perfil individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseados na descrição dos testemunhos. A descrição dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui: a) A classificação litológica b) Estado de alteração das rochas para fins de engenharia (extremamente alterada ou decomposta; muito alterada; medianamente alterada; pouco alterada; sã ou quase sã) c) Grau de fraturamento (Ocasionalmente fraturada; pouco fraturada; medianamente fraturada; muito fraturada; extremamente fraturada; em fragmentos) É corrente correlacionar-se a qualidade da rocha com a porcentagem de recuperação a qual se obtém pela relação entre o comprimento total dos vários testemunhos de uma mesma manobra e o comprimento dessa manobra, expressa em porcentagem. 42 O desenvolvimento dos equipamentos e das técnicas de perfuração veio mostrar a precariedade dessas correlações, pois uma mesma formação poderá oferecer diversas porcentagens de recuperação em função da qualidade da sondagem. Entretanto, é corrente considerar-se rocha de boa qualidade, aquelas cujas porcentagens são superiores a 80%; rocha muito alterada quando as porcentagens são inferiores a 50% e medianamente alterada para valores intermediários. No intuito de englobar num só os critérios de fraturação e estado de alteração, Deere (1967) introduziu o que designa por RQD (Rock Quality Designation). O RQD se baseia numa recuperação modificada, pois na determinação da porcentagem de recuperação entram no cálculo os fragmentos de testemunhos com comprimento igual ou superior a 10 cm. Assim, a porcentagem obtém-se, da manobra, somando-se os comprimentos dos testemunhos com mais de 10 cm e dividindo se pelo comprimento da manobra. A determinação do RQD é feita apenas em sondagens que utilizem barriletes duplos de diâmetro NX (76 mm) ou superior. A classificação da qualidade da rocha em função do RQD pode ser: * Muito fraco * Fraco * Regular * Bom * Excelente 3.6 - SONDAGENS MISTAS Entende-se por sondagem mista aquela que é executada à percussão em todos os tipos de terreno penetráveis por esse processo, e executada por meio de sonda rotativa nos materiais impenetráveis à percussão. Os dois métodos são alternados, de acordo com natureza das camadas, até ser atingido o limite da sondagem necessário do estudo em questão. Recomenda-se sua execução em terrenos com a presença de blocos de rocha, matacões, lascas, etc., sobrejacentes a camada de solo. O conhecimento prévio das condições geológicas do local, poderá recomendar desde o início a provisão de um equipamento de sondagem mista, propiciando a execução do reconhecimento em menor prazo e com menos custo. 3.6.1 - Equipamento Consiste na combinação de equipamentos tradicionais de sondagem à percussão e rotativa. Entretanto, o equipamento de percussão deverá ser provido de tubos de revestimento de grande diâmetro (mínimo O 4” a 6”), a fim de permitir maior alcance para a perfuração. 43 3.6.2 - Operação Na maioria dos casos as sondagens mistas iniciam-se em solo, pelo método à percussão. Ao ser atingido o impenetrável à percussão é preciso então revestir o comprimento já sondado com o tubo de revestimento de rotativa. O revestimento H pode ser introduzido por dentro do de diâmetro 6” , enquanto que o revestimento N só pode ser colocado no interior do furo de diâmetro 4”, após o arrancamento deste. Quando o novo revestimento atinge a profundidade impenetrável a percussão, a operação prossegue como já descrito nas sondagens rotativas. Tão logo o sondador percebe a mudança de material (rocha para solo), interrompe a manobra e o furo prossegue por percussão com medida do índice de resistência à penetração, anotando no boletim a profundidade em que ocorreu a passagem. Encontrando o segundo obstáculo impenetrável a percussão é necessário voltar ao processo rotativo, devendo-se para isso revestir o trecho ainda não revestido com tubos de diâmetro imediatamente inferior ao que está no furo. O segundo obstáculo será perfurado com barrilete de mesmo diâmetro do revestimento que está no furo. A perfuração toma o aspecto da fig 3.15 com os tubos colocados sob forma de telescópio e vai reduzindo o diâmetro à medida que forem encontrados obstáculos perfuráveis por rotativa. 44 De acordo com as disposições dos revestimentos, barriletes e sapatas de revestimento, constata-se que o ensaio de resistência à penetração, devido às dimensões do amostrador de Terzaghi-Raimond (SPT) só poderão ser executados, no interior, perfurações realizadas com coroas de diâmetro BX (59,94 mm) ou maior. Caso o furo já esteja com revestimentos de diâmetros menores do que BX, há necessidade de perfuração para alargamento do furo e posterior determinação do SPT. 3.6.3 - Apresentação da sondagem Na fig 3.16 consta um perfil de sondagem mista, onde constam a representação gráfica da recuperação, de RQD e do índice de resistência à penetração. 45 46 3.7 - SONDAGENS ESPECIAIS PARA EXTRAIR AMOSTRAS DE SOLOS E ROCHAS INDEFORMADAS 3.7.1 - Objetivos A amostragem é feita quando se pretende determinar a composição e a estrutura do material, propiciando ainda a obtenção de corpos de prova para ensaios de laboratório. 3.7.2 - Classificação das amostras De um modo geral podem ser classificadas em : a) Não representativas: Aquelas em que, devido ao processo de extração, foram removidos ou trocados alguns constituintes do solo “in situ”. Incluemse entre elas as “amostras lavadas” colhidas durante o processo de perfuração por circulação de água nas sondagens à percussão. b) Representativas (deformadas ou amolgadas): São aquelas que conservam todos os constituintes minerais do solo “in situ” e se possível a sua umidade natural, entretanto, a sua estrutura foi perturbada pelo processo de extração. Estão nesta categoria as colhidas a trado e as amostras do barrilete padrão das sondagens à percussão c) Indeformadas (semideformadas ou não perturbadas): Além de representativas, as amostras indeformadas conservam ao máximo a estrutura dos grãos e portanto as características de massa específica aparente e umidade natural do solo “in situ”. 3.7.3 - Amostras indeformadas A viabilidade técnica e econômica da obtenção de amostras indeformadas é função da natureza do solo a ser amostrado, da profundidade em que se encontra e da presença do nível da água. Esses fatores determinam o tipo de amostrador e os recursos a utilizar. Algumas formações apresentam maiores dificuldades que outras no processo de extração de amostras indeformadas. Relacionamos a seguir solos típicos em ordem crescente de dificuldade de obtenção de amostras indeformadas e preservação das propriedades: * Solos predominantemente argilosos de baixa consistência * Siltes argilosos de fraca compacidade * Solos argiloso de consistência acima da média * Solos residuais argilo-siltosos * Solos predominantemente arenosos * Areias puras * Areais com pedregulhos 47 * Pedregulhos As amostras indeformadas merecem cuidados especiais a saber: * * * * Manipulação cuidadosa, evitando-se impactos e vibrações Parafina logo após a extração evitando exposição ao sol Conservação em câmara úmida Evitar armazenamento por período demasiadamente longo Os processos de extração de amostras indeformadas dependem da profundidade em que se encontre o solo a investigar. Podem ser : * Amostras indeformadas de superfície * Amostras indeformadas em profundidade As amostras indeformadas em profundidade podem ser obtidas através dos seguintes amostradores: a) Amostradores de parede fina ( Tipo Shelby) b) Amostrador de pistão c) Amostrador de pistão estacionário d) Amostrador de pistão OSTERBERG e) Amostrador DENISON ou barrilete triplo 3.7.4 - Qualidade das amostras No estado atual da técnica de amostragem não se pode obter uma amostra de solo que possa ser rigorosamente considerada como indeformada ou inalterada. Com efeito, a extração do solo exigirá sempre a introdução de uma ferramenta que alterará as condições de tensões na vizinhança. Por outro lado, a mostra contida no amostrador não está submetida aos mesmos esforços que possuía “in situ” e a extração da amostra no laboratório produzira inevitavelmente outra variação de esforços. Deste modo, variações de tensões são inevitáveis, especialmente variações da pressão neutra. Assim, em Mecânica dos Solos quando se fala de amostras indeformadas, não se deve interpretar a palavra em seu sentido literal, mas sim como um tipo de amostra obtida por um processo que produz as menores alterações nas condições da amostra “in situ”, isto é, sem perda d’água e com deformações volumétricas, escoamentos plásticos e distorções das camadas de solo desprezíveis. Deve-se M. J. Hvorslev (1969) um estudo exaustivo moderno que conduz a técnicas e recomendações para o emprego de amostradores com paredes finas. Segundo Hvorslev, o grau de amolgamento depende principalmente do processo usado na cravação. A experiência tem mostrado que a cravação deve ser feita exercendo-se uma pressão contínua e com velocidade constante, e nunca a golpes ou com qualquer outro método dinâmico. Por outro lado, pode-se definir três objetivos que devem atingir os amostradores para não amolgar demasiado as amostras: • Eliminar dentro de certos limites, as deformações do terreno quando da cravação, isto é, reduzir à expressão mais simples a influência do volume 48 da camisa do amostrador. • Eliminar o atrito do terreno na parede externa do amostrador • Eliminar o atrito da amostra no interior do tubo Essas condições determinam a concepção do equipamento de amostragem, a qual deve obedecer a índices definidos por Hvorslev que vão influir nos diâmetros externo e interno do tubo de amostragem, no comprimento da camisa e no ângulo de bisel do amostrador. São os seguinte os índices de Hvorslev e as dimensões envolvidas estão indicadas na fig. 3.22. a) Abertura interna relativa ( Ii) Define-se pela relação: I i = Di - Dp Dp x 100% onde Di = Diâmetro interno do amostrador; Dp = Diâmetro interno da ponta cortante. Uma pequena abertura interna relativa pode em muitos casos reduzir o atrito entre as paredes internas da camisa e a amostra. Recomenda-se que esse índice seja da ordem de 0,5 a 1%. b) Coeficientes de área (Ia) As deformações do solo provocadas pelo deslocamentos diminuem com a espessura da parede do cilindro amostrador. Esta é a principal razão do emprego de amostradores de parede fina. O volume deslocado durante a amostragem é representado pelo coeficiente de área definido como a relação entre a diferença das áreas circular máxima externa e mínima interna do amostrador e a área máxima. Ia = De2 - Di2 De X 100% Para amostradores de parede fina Ia deve estar entre 10 a 15%. O ângulo da ponta biselada do amostrador está relacionado com o coeficiente de área e os valores mais atuais estão consignados na tabela seguinte que abrange desde amostradores de paredes finas a amostradores compostos. Coeficiente de área (%) ângulo do Bisel (°) 49 05 10 20 40 80 15 12 09 05 05 c) Coeficiente de comprimento da amostra (Ie) É a relação entre o comprimento em que uma amostra pode ser obtido sem perigo da deformação (L) e o diâmetro da amostra (Di). Ie = L / Di e os valores sugeridos por Hvorslev são de 05 - 10 para solos em coesão e 10 -20 para as argilas. Nos solos coesivos o valor de Ie está relacionado com a sensibilidade (S) das argilas do seguinte modo. Sensibilidade (S) Coeficiente de comprimento (Ie) S > 30 05 < S < 30 S<5 20 12 10 3.8 - TERMINOLOGIA - SOLOS E ROCHAS 3.8.1 - Rochas Materiais constituintes essenciais da crosta terrestre provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência, somente modificável por contatos com ar ou água em casos especiais. As rochas são designadas pela sua nomenclatura corrente em geologia, mencionando, sempre que possível, estado de fraturamento e alteração. Tratando-se de ocorrências de rochas de dimensões limitadas, são empregados os seguintes termos: • Bloco de rocha: pedaço isolado de rocha tendo diâmetro superior a 1 m; • Matacão: pedaço de rocha tendo diâmetro médio superior a 25 cm e inferior a 1 m; • Pedra: pedaço de rocha tendo diâmetro médio compreendido entre 7,6 cm e 25 cm. Rocha alterada é aquela que se apresenta, pelo exame macroscópico ou elementos mineralógicos constituintes, tendo geralmente diminuídas suas 50 características originais de resistência. 3.8.2 - Solos Materiais constituintes essenciais da crosta terrestre provenientes da decomposição “in situ” das rochas pelos diversos agentes geológicos, ou pela sedimentação não consolidada dos grãos elementares constituintes das rochas, com adição eventual de partículas fibrosas de material carbonoso e matéria orgânica no estado coloidal. Os solos são identificados por sua textura, composição granulométrica, plasticidade, consistência ou compacidade, citando-se outras propriedades que auxiliam a sua identificação, como: estrutura, forma dos grãos, cor, cheiro, friabilidade, presença de outros materiais (conchas, materiais vegetais, mica, etc.). 3.8.3 - Pedregulhos Solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos grãos minerais de diâmetro máximo superior a 4,8 mm e inferior a 76 mm. São caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. 3.8.4 - Areias Solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos minerais de diâmetro máximo superior a 0,05 mm e inferior a 4,8 mm. São caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. Quanto a textura, a areia pode ser: a) Grossa: quando os grãos acima referidos têm diâmetro máximo compreendido entre 2,00 mm e 4,80 mm b) Média: quando os grãos acima referidos têm diâmetro máximo compreendido entre 0,42 mm e 2,00 mm. c) Fina: quando os grãos acima referidos têm diâmetro máximo compreendido entre 0,05 mm e 0,42 mm. Quanto a compacidade, a areia pode ser : a) Fofa ( pouco compacta); b) Medianamente compacta; c) Compacta. Qualitativamente, a compacidade pode ser estimada pela dificuldade relativa de escavação ou de penetração de um instrumento de sondagem (como seja. a resistência à penetração de um barrilete amostrador). 51 3.8.5 - Silte Solo que apresenta apenas a coesão necessária para formar, quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pelos grãos de diâmetro máximo superior a 0,005 mm e inferior a 0,05 mm. Caracteriza-se pela sua textura e compacidade. 3.8.6 - Argila Solo que apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas; quando seco, apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos . Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pelos grãos de diâmetro máximo inferior a 0,005mm. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Quanto a textura, são as argilas identificadas quantitativamente pela sua distribuição granulométrica. Quanto à plasticidade, podem ser subdivididas em: * gordas * magras Quanto a consistência, podem ser subdivididas em: * * * * * Muito moles (vazas) Moles Médias Rijas Duras Argilas de grande volume de vazios, cujos poros estejam parcialmente cheios de ar, recebem ainda o adjetivo porosa. Qualitativamente, cada um dos tipos pode ser identificado do seguinte modo: • Muito moles - as argilas que escorrem com facilidade entre os dedos, quando apertadas na mão; • Moles - as que são facilmente moldadas pelos dedos; • Médias - as que podem ser moldadas normalmente pelos dedos; • Rijas - as que requerem grande esforço para ser moldadas pelos dedos; • Duras - as que não podem ser moldadas pelos dedos, e submetidas a grande esforço desagregando-se ou perdem a sua estrutura original. 52 Os solos que não se verifiquem nitidamente as predominâncias de propriedades acima referidas são designados pelo nome do tipo de solo cujas propriedades sejam mais acentuadas, seguido dos adjetivos correspondentes aos daqueles que o completam. Por exemplo: argila arenosa, consistência média; argila silto-arenosa, rija; areia média argilosa, compacta; areia grossa argilosa, compacta; silte argiloso. 3.8.7 - Solos com matéria orgânica Caso um dos tipos acima apresente teor apreciável de matéria orgânica, deve ser anotada a sua presença. Por exemplo: areia grossa, fofa, com matéria orgânica; argila arenosa, consistência média, com matéria orgânica. As argilas muito moles, com matéria orgânica, pode ser adicionado, entre parênteses, e como esclarecimento, o termo lodo. 3.8.8 - Turfas Solos com grande porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso ao lado de matéria orgânica no estado coloidal. Esse tipo de solo pode ser identificado por ser fofo e não plástico e ainda combustível. 3.8.9 - Alteração de rocha Solo proveniente da desintegração de rocha, “in situ”, pelos diversos agentes geológicos. É descrito pela respectiva textura, plasticidade e consistência ou compacidade, sendo indicados ainda o grau de alteração e, se possível, a rocha de origem. 3.8.10 - Solo concrecionado Massa de solo apresentando alta resistência, cujos grãos são ligados, naturalmente entre si, por um cimento qualquer. É designado pelo respectivo tipo seguido pela palavra concrecionado. 3.8.11 - Solos superficiais Zona abaixo da superfície do terreno natural, geralmente constituída de 53 misturas de areias, argilas e matérias orgânicas e exposta à ação dos fatores climáticos e de agentes de origem vegetal e animal. É designada simplesmente como solo superficial. 3.8.12 - Aterros Depósitos artificiais de qualquer tipo de solo ou de entulho. É mencionado o tipo de material e, se possível, o processo de execução do aterro. BIBLIOGRAFIA: MELLO, Vitor F.B., TEIXEIRA, Alberto H. Mecânica dos Solos, Fundações e Obras de Terra – v.1, EDUSP – Eng. São Carlos. VARGAS, Milton. Introdução a Mecânica dos Solos. EDUSP. HACHICK, Waldemar, FALCONI, Frederico F., SAES, José Luiz. Fundações – Teoria e Prática. Editora Pini – ABMS/ABEF. VARGAS, Milton. Fundação de Edifício. EDUSP – POLI. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Livros Técnicos e Científicos Editora. YAZIGI, Walid. A Técnica de Edificar. Editora Pini. LIMA, Maria José Porto A. Prospecção Geotécnica do Subsolo. Livros Técnicos e Científicos Editora. NBR-6484 – Solo – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio (1997)- ABNT. ESPECIFICAÇÕES DA ENGESONDA 54