Sumário · 2015-09-30 · ... um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na ... ao longo dos anos a argila vai recalcando, o solo vai cedendo e os edifícios ... pressão

Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho

1 Aula 02

Prospecção de Subsolo

Prof: João Henrique

Sumário Prospecção de Subsolo .................................................................................................................. 2

Investigação Geotécnica de Campo .............................................................................................. 3

Ensaios in-situ ................................................................................................................................ 4

NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens ............................................................................ 4

Determinação do número de Sondagens ................................................................................. 5

Exercício 1 – Número de Sondagens ............................................................................................. 5

Atividade 1 ................................................................................................................................ 6

Atividade 2 ................................................................................................................................ 6

Atividade 3 ................................................................................................................................ 7

SPT (Standard Penetration Test) ................................................................................................... 7

Execução .................................................................................................................................... 9

Critérios de paralisação da sondagem ...................................................................................... 9

Apresentação dos resultados .................................................................................................. 10

Resistência à penetração ........................................................................................................ 10

Exemplo de um Perfil de Solo (SPT) ........................................................................................ 11

Perfis geológicos típicos .......................................................................................................... 12

SPT-T (Torque) ............................................................................................................................. 12

Exercício 2 – SPT e SPT-T ............................................................................................................. 15

Atividade 1 .............................................................................................................................. 15

Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) .................................................................................. 16

Exercício 3 ................................................................................................................................... 18

Atividade 1 .............................................................................................................................. 18

Ensaio de Palheta (“Vane Test”) ................................................................................................. 18

Execução .................................................................................................................................. 18

Características do ensaio......................................................................................................... 19

Exercício 4 ................................................................................................................................... 20

Atividade 1 .............................................................................................................................. 20

Prova de Carga sobre Placa ......................................................................................................... 20

Execução .................................................................................................................................. 21

Resultados de uma prova de carga ......................................................................................... 21

Ensaio Pressiométrico ................................................................................................................. 22

Perfil de Sondagem ..................................................................................................................... 23


2 Bibliografia .................................................................................................................................. 23

Prospecção de Subsolo O reconhecimento das condições do subsolo constitui pré-requisito para

projetos de fundações seguros e econômicos. No Brasil o custo envolvido na execução

de sondagens de reconhecimento varia normalmente entre 0,2 e 0,5% do custo total

da obram sendo as informações obtidas indispensáveis à previsão dos custos fixos

associados ao projeto e sua solução. (SCHNAID, 2000)

Projetos geotécnicos de qualquer natureza são normalmente executados com

base em ensaios de campo, cujas medidas permitem uma definição satisfatória da

estratigrafia do subsolo e uma estimativa realista das propriedades geomecânicas dos

materiais envolvidos. Estas informações são necessárias em projetos de fundações,

estabilidade de taludes, estruturas de contenção, dimensionamento de pavimentos,

infraestrutura hídrica, entre outros. (SCHNAID, 2000)


3 Investigação Geotécnica de Campo


4 Ensaios in-situ

NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens


5 Determinação do número de Sondagens

Os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribuídos na área em estudo, e

devem ter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir,

significamente, no comportamento da fundação.

No caso de fundações para edifícios, o número mínimo de pontos de sondagens a

realizar é em função da área a ser construída, de acordo com a NBR 8036/1983.

Os furos de sondagens deverão ser distribuídos em plante, de maneira a cobrir toda a

área em estudo. A figura abaixo apresenta alguns exemplos de locação de sondagens em

terreno urbanos. A distância entre os furos de de sondagem deve ser de 15 a 25 m, evitando

que fiquem numa mesma reta e de preferência, próximos aos limites da área de estudo.

Exercício 1 – Número de Sondagens Determine o número de sondagens a serem realizadas em uma determinada construção, em

função da área de projeção desta construção, e realize a locação dos pontos:


6 Atividade 1

Área:

Número de Sondagens:

Atividade 2 Área:

Número de

Sondagens:


7 Atividade 3

Área:

Número de Sondagens:

SPT (Standard Penetration Test) O SPT é reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de

investigação em praticamente todo o mundo, permitindo uma indicação da densidade de solos

granulares, também aplicado à identificação de consistência de solos coesivos e mesmo de

rochas brandas. O ensaio está regulado pela NBR 6484/1980, porém na américa do sul é

usada com frequência a norma americana ASTM DI.586:67.

“Nem o equipamento nem os procedimentos da

escavação foram completamente padronizados em nível

internacional no ensaio SPT. As diferenças existentes podem ser

parcialmente justificadas pelos desenvolvimentos e

investimentos de cada país. Porém mais importante são as

adaptações das técnicas de escavação às diferentes condições

de subsolo.” Ireland, Moretto e Vargas, 1970

O ensaio SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma

sondagem de simples reconhecimento. A perfuração é realizada por tradagem e circulação de

água utilizando-se um trépano de lavagem como ferramenta de escavação. Amostras

representativas do solo são coletadas a cada metro de profundidade por meio do amostrador-

padrão, de diâmetro externo de 50 mm. O procedimento de ensaio consiste na cravação deste

amostrador no fundo de uma escavação (revestida ou não), usando um peso de 65,0 Kg,

caindo de uma altura de 750mm. O valor do Nspt é o número de golpes necessário para fazer o

amostrador penetrar 300 mm, após uma cravação inicial de 150mm.


8

As vantagens deste ensaio com relação aos demais são:

Simplicidade do equipamento

Baixo custo

Obtenção de um valor numérico que pode ser relacionado com regras empíricas de

projeto.

Influência da propriedade de solos granulares na resistência a penetração:


9 Execução

1- Os primeiros 55 cm devem ser realizados com o trado, mas se o trado atingir o nível de

água ou então algum material resistente, daí em diante, a perfuração continua com o

uso do trépano e circulação de água, processo denominado de “lavagem”.

O trépano é uma ferramenta da largura do furo e com terminação em bisel cortante,

usado para desagregar o material do fundo do furo. O trépano vai sendo cravado no

fundo do furo por repetidas quedas da coluna de perfuração (trépano e hastes).

O martelo cai de uma altura de 30 cm, e a queda é seguida por um pequeno

movimento de rotação, acionado manualmente da superfície, com uma cruzeta

acoplada ao topo da coluna de perfuração. Injeta-se água sob pressão pelos canais

existentes nas hastes, esta água circula pelo furo arrastando os detritos de perfuração

até a superfície. Para evitar o desmoronamento das paredes nas zonas em que o solo

apresenta-se pouco coeso é instalado um revestimento metálico de proteção (tubos

de revestimento).

2- Os 45 cm restantes são cravados através do impacto de uma massa metálica de 65 kg

caindo em queda livre de 75 cm de altura. O resultado do teste SPT será a quantidade

de golpes necessários para fazer penetrar os últimos 30 cm do amostrador no fundo

do furo.

Critérios de paralisação da sondagem

O processo de perfuração, por trado ou lavagem, associado aos ensaios penetrométricos,

será realizado até onde se obtiver nesses ensaios uma das seguintes condições:

1. Quando em 3 m sucessivos se obtiver índices de penetração maiores do que 45/15;

2. Quando em 4 m sucessivos forem obtidos índices de penetração entre 45/15 e 45/30;

3. Quando, em 5 m sucessivos, forem obtidos índices de penetração entre 45/30 e 45/45

(número de golpes/espaço penetrado pelo amostrador).


10 Caso a penetração seja nula dentro da precisão da medida na sequência de 5 impactos do

martelo o ensaio será interrompido, não havendo necessidade de obedecer o 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.

Apresentação dos resultados

Os dados colhidos na sondagem são mostrados na forma de perfil individual do furo, ou

seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseado na

descrição dos “testemunhos”, aquelas amostras colhidas durante a perfuração. A descrição

dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui:

1. Classificação litológica: Cor, tonalidade e dados sobre formação geológica,

mineralogia, textura e tipo dos materiais.

2. Estado de alteração das rochas: Trata-se de um fator que faz variar

extraordinariamente suas características. As descrições do grau de alteração das

rochas, embora muito informativas, são até certo ponto subjetivas por se basearem

normalmente na opinião do autor da classificação.

3. Grau de fraturamento: Uma das maneiras de avaliar o grau de fraturamento da rocha

é através do número de fragmentos por metro, obtido dividindo-se o número de

fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.

Resistência à penetração

O amostrador é cravado 45 cm no solo, sendo anotado o número de golpes

necessários à penetração de cada 15 cm, sendo o Nspt a soma dos últimos 30 cm.

A tabela abaixo apresenta correlações empíricas, que permite uma estimativa da

compacidade das areias e da consistência das argilas, a partir da resistência à penetração

média das sondagens.


11 Exemplo de um Perfil de Solo (SPT)


12

Perfis geológicos típicos São Paulo - Avenida Paulista -- Localizado no topo de um espigão que

corta a capital do Estado de São Paulo, ou seja, num topo de montanha que,

provavelmente, já foi muito mais alta na remota antiguidade. Assim, o solo já foi

compactado pela natureza, sendo relativamente firme e o lençol freático fica

baixo. Assim, construções menores podem usar fundação direta (sapatas) e os

prédios maiores devem utilizar tubulão ou estacas, que podem ser tanto do tipo

Strauss (moldada in loco), pré-moldada de concreto ou aço ou outras, especiais,

para edifícios maiores.

Santos (SP) - Orla da praia -- Este é um caso clássico na mecânica dos

solos. A cidade de Santos é mundialmente conhecida pelos seus edifícios fora de

prumo à beira mar. Isto ocorreu porque, na época de sua construção, utilizou-se

fundações rasas apoiadas a cerca de 8 m de profundidade, onde se encontra um

solo relativamente rígido (SPT 8). Entretanto, cerca de 10 m abaixo, encontra-se

uma areia argilosa mutio mole, cujo SPT é 1/60, ou seja, o martelo dá uma batida

e já penetra 60 cm. Muitos edifícios foram construídos sobre sapatas, isto é, com

fundação rasa. Em ambos os casos, ao longo dos anos a argila vai recalcando, o

solo vai cedendo e os edifícios afundam. Há casos em que os prédios desceram

mais de 1 metro em relação ao nível original. Os prédios mais novos utilizam

estacas mais profundas, que vão buscar o solo mais duro a mais de 27 metros de

profundidade. os edifícios ficaram tortos porque não afundaram por igual, pois um prédio faz

pressão sobre a fundação do vizinho, e naquele local ambos afundam mais pois existe uma

pressão maior sobre o sub-solo.

São Paulo (SP) - Cidade Universitária -- Esta região fica na margem do Rio

Pinheiros, do lado oposto onde aconteceu o desmoronamento na Linha 4 da obra

do Metrô no início de 2007. Trata-se de um solo instável, típico de locais que já

estiveram em baixo da água por muitos milhares de anos. O solo é constituído por

uma camada de aterro que repousa em cima de argila orgânica, típica de áreas

pantanosas. Assim, qualquer obra de fundação nesta região precisa ser estudada

com muita atenção, em geral usa-se-se fundação profunda com estacas pré-

moldadas ou tubulões a ar comprimido, devido ao fato do lençol freático estar

praticamente à superfície.

SPT-T (Torque) O procedimento SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements)

consiste em após a cravação do amostrador padrão conforme prevê a Norma Brasileira NBR

6484/2001, retirar-se a cabeça de bater e colocar o disco centralizador até este apoiar-se no

tubo guia. Rosqueia-se na mesma luva, onde estava acoplada a cabeça de bater, o pino

adaptador. Encaixa-se no pino uma chave soquete onde se acopla o torquímetro.


13 A figura a seguir mostra o equipamento pronto para realizar o ensaio SPT-T.

Aplica-se à haste uma torção, medindo, por meio de um torquímetro usado como braço de alavanca e mantido na horizontal, o momento de torção máximo necessário à rotação do amostrador, para obter, assim, uma medida da resistência lateral.

Na rotação que se aplica ao amostrador por meio de um torquímetro pode-se medir um torque máximo, que define a tensão de atrito lateral (fs máxima) e o torque residual, que define a tensão de atrito lateral mínima (fs residual) após o remodelamento da película de solo na interface com o amostrador.

As principais informações obtidas com o ensaio de SPT-T são:

A identificação das diferentes camadas de solo que compõem o subsolo; são feitas com auxílio de um geólogo experiente, que através da cor, da textura

A classificação dos solos de cada camada; através de ensaios em laboratório de solos tal como granulométrico que classifica o solo em pedregulho, areia, silte e argila.

A existência ou não de Lençol freático e o nível inicial e após 24 horas; se a amostra de solo obtida estiver com grau de umidade elevada então o nível do lençol freático se encontra nesta cota, ao termino do ensaio deve-se esgotar o furo e proceder a medida do nível do lençol freático após o período de 24 horas.

A capacidade de carga do solo em várias profundidades; é expresso por formulações que utilizam o N que é o número de golpes obtido para cravar o amostrador 30 cm no solo.

Índice de torque (TR); é a relação entre o torque medido em kgf/m pelo valor N do SPT, descrito pela seguinte equação:

O ensaio de SPT-T está sendo utilizado em obras de médio e grande porte que utilizam

fundações profundas de atrito lateral, ajudando a minimizar os erros grosseiros que podem

acontecer no ensaio de SPT, ditos anteriormente.


14 A introdução da medida de torque no ensaio de SPT veio para dar suporte a um

dos melhores métodos de avaliação do solo.

O SPT quando realizado em solos que apresentam camadas com pedregulho

pode ter seu N (número de golpes) elevado por consequência de alguma pedra interferir

no ensaio, paralelo ao SPT, a medida do torque mostra que o atrito lateral não é afetado

quando ocorrido o problema.

Então podemos dizer que o SPT-T foi idealizado para corrigir o ensaio de SPT.

A partir do conhecimento das propriedades e parâmetros geotécnicos, dos solos

da bacia sedimentar terciária do estado de S. Paulo, os autores admitiram que, a relação

T/N é aproximadamente 1,2. A partir daí, Dècourt (1996) propôs que se definisse a

equivalência entre o SPT e o SPT-T, como sendo o valor do torque T (Kgf x m)

dividido por 1,2, tendo por base o conceito de N equivalente (Neq.)

Entretanto, deve-se frisar que, a sua utilização deverá ser feita com muita

cautela. As comprovações existentes estão muito longe de se constituir numa prova

definitiva de ampla aplicabilidade, a partir da premissa estabelecida, para os solos da

BST SP (Bacia Sedimentar Terciária de S. Paulo).


15 Exercício 2 – SPT e SPT-T

Atividade 1 Determinar o Nspt e a razão de atrito do ensaio:


16 Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) Os ensaios de cone e piezocone, conhecidos pelas siglas CPT (Cone Penetration Test) e

CPTU (Piezocone Penetration Test) respectivamente, vêm se caracterizando

internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica.

Resultados dos ensaios podem ser utilizados para determinação estratigráfica de perfis de

solos, determinação de propriedades dos materiais prospectados, particularmente em

depósitos de argilas moles, e previsão da capacidade de carga de fundações. (SCHNAID, 2000)

As dificuldades inerentes à comparação de resultados obtidos com diferentes

equipamentos levaram à padronização dos ensaios pela ASTM (1979), ISSMFE (1977, 1989) e

ABNT MB 3.406/1991.

O princípio do ensaio de cone é bastante simples, consistindo na cravação no terreno

de uma ponteira cônica (60 graus de ápice) a uma velocidade constante de 20mm/s. A seção

do cone é normalmente de 10 cm², podendo atingir 15 cm² para equipamentos mais robustos,

de maior capacidade de carga. Enquanto os equipamentos de ensaio são padronizados, há

diferenças entre equipamentos, que podem ser classificados em três categorias: (SCHNAID,

2000)

1. Cone Mecânico: Caracterizado pela medida na superfície, com a transferência

mecânica pelas hastes, dos esforços necessários para cravar a ponta cônica

(qc) e o atrito lateral (qf).

2. Cone Elétrico: cujas células de carga instrumentadas eletricamente permitem

a medida de (qc) e (qf) diretamente na ponta.

3. Piezocone: que além das medidas elétricas de (qc) e (qf), permite a contínua

monitoração das pressões neutras (u) geradas durante o processo de cravação.

A penetração é obtida através da cravação contínua de hastes de comprimento de 1m,

seguida de retração do pistão hidráulico para posicionamento de nova haste.

No caso do CPT, as grandezas medidas são a

resistência da ponta (qc) e o atrito lateral (fs), sendo a

razão de atrito Rf = fs/qc, o primeiro parâmetro

derivado do ensaio, utilizado para classificação dos

solos.


17


18 Exercício 3

Atividade 1 Determinar a razão de atrito Rf = fs/qc e classificar os solos.

Ensaio de Palheta (“Vane Test”) O ensaio de palheta é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao

cisalhamento não-drenada (Su) de depósitos de argilas moles. Este ensaio, sendo passível de

interpretação analítica, assumindo a hipótese de superfície de ruptura cilíndrica, serve de

referência a outras técnicas e metodologias, cuja interpretação requer a adoção de

correlações semi-empíricas. Complementarmente, busca-se informações quanto à história de

tensões do solo indicado pelo perfil da razão de sobre-adensamento (OCR).

Em outubro de 1989, o ensaio foi normalizado pela ABNT como NBR 10.905 – Ensaio

de palheta in situ.

Execução O ensaio de palheta visa determinar a resistência não-drenada do solo in situ (Su).

Utiliza uma palheta de seção cruciforme que, cravada em argilas saturadas, de consistência

mole a rija, é submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação, em condições

não drenadas. É, portanto, necessário o conhecimento prévio da natureza do solo onde será


19 realizado o ensaio, não só para avaliar sua aplicabilidade, como para posteriormente

interpretar adequadamente os resultados.

O ensaio de palheta pode ser realizado de duas formas diferentes: a) Ensaios tipo A – sem perfuração prévia: apresentam resultados de melhor qualidade,

sendo utilizados em solos de baixa consistência, onde é possível sua cravação estática a partir do nível do terreno;

b) Ensaios tipo B – com perfuração prévia: realizados em escavações previamente realizadas, e em geral, revestidas, sendo mais susceptíveis de erros devido a atritos mecânicos e translação da palheta.

Características do ensaio

1- A palheta em forma de cruz é constituída de 4 aletas, fabricadas em aço de alta resistência, com diâmetro de 65mm e altura de 130mm ( altura igual ao dobro do diâmetro). Admite-se palheta retangular menor ( 50mm de diâmetro e 100mm de altura quando o ensaio for realizado em argilas rijas ( Su > 50Kpa)

2- A haste fabricada em aço capaz de suportar os torques aplicados, conduz a palheta até a profundidade do ensaio.

3- O equipamento de aplicação e medição do torque, projetado para imprimir uma rotação ao conjunto de haste fina/ palheta de 6 ± 0,6º/ min, deve possuir mecanismo de coroa e pinhão, acionado por manivela ou por motor elétrico.

A realização do ensaio é feita com a introdução da palheta no interior do solo, na profundidade de ensaio, sendo então feito a aplicação e medição do torque. O tempo máximo permitido entre a colocação da palheta no furo e o início de sua rotação é de 5 minutos. Para determinar a resistência amolgada imediatamente após a aplicação do torque máximo são realizadas dez revoluções completas da palheta e refeito o ensaio.

Com base no torque medido é possível determinar a resistência ao cisalhamento não-

drenado do solo:

𝑺𝒖 =𝟎, 𝟖𝟔.𝑴

𝝅.𝑫³

Onde:

M = torque máximo medido (KN.m)

D = Diâmetro da palheta (m)


20 Exercício 4

Atividade 1 Determinar a resistência ao cisalhamento não-drenado do solo, das 3 camadas. Diâmetro:

65mm.

Prova de Carga sobre Placa A prova de carga sobre placa se constitui na realidade em ensaio em modelo reduzido

de uma sapata. Ela nasceu antes das conceituações da Mecânica dos Solos, aplicada

empiricamente na tentativa de obtenção de informações sobre o comportamento tensão-

deformação de um determinado solo de fundação.


21 É oportuno que se saliente desde já que, por sua pequena dimensão, apenas o solo

situado imediatamente abaixo da placa é solicitado durante uma prova de carga. Uma prova

de carga superficial nos daria informações sobre a camada de areia de apoio das sapatas, nada

dizendo sobre o comportamento do edifício que aplicará tensões que alcançarão a camada

compressível profunda.

Execução A execução de uma prova de carga é regulamenta pela NBR-6489 (Prova de carga

direta sobre terreno de fundação). Uma placa de aço rígida de 80cm de diâmetro é carregada

em estágios por um macaco hidráulico reagindo contra uma cargueira. Um estágio de carga

somente é aplicável após terem praticamente cessado os recalques do estágio anterior. As

cargas são aplicadas até a ruptura do solo e, caso isto não aconteça, até que se atinja o dobro

da tensão admissível presumida para o solo, ou um recalque julgado excessivo. A curva

pressão x recalque é obtida ligando-se os

pontos estabilizados (linha pontilhada).

Resultados de uma prova de carga A ordem de grandeza de tensão admissível do solo, com base no resultado de uma prova de

carga (desprezando-se o efeito de tamanho da sapata), e obtida da seguinte maneira:


22 Solos com predominância de ruptura geral:

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑟

2

Onde:

σadm = tensão admissível

σr = tensão de ruptura

Solos com predominância de ruptura local:

Em que 𝜎25 é a tensão correspondente a um recalque de 25mm (ruptura convencional) 𝜎10 é

a tensão correspondente a um recalque de 10 mm (limitação de recalque).

É importante, antes de se realizar uma prova de carga, conhecer o perfil geotécnico do solo

para evitar interpretações erradas. Assim, se no subsolo existirem camadas compressíveis em

profundidades que não sejam solicitadas pelas tensões aplicadas pela fundação, a prova de

carga não terá qualquer valor para se estimar a tensão admissível da fundação da estrutura,

visto que o bulbo de pressões desta é algumas vezes maior do que o da placa.

Ensaio Pressiométrico O módulo de deformabilidade do solo (módulo cisalhante G ou módulo de

Young E) é o parâmetro de maior interesse geotécnico quando da realização de

ensaios pressiométricos, já que são reconhecidas as dificuldades em determiná-lo

através de outros ensaios de campo e laboratório.

O módulo pressiométrico Em é

obtido a partir da declividade do

tramo pseudo-elástico da curva

pressiométrica corrigida.


23

Perfil de Sondagem Os dados obtidos em uma investigação do subsolo são normalmente apresentados na forma

de um perfil para cada furo de sondagem.

A posição das sondagens é amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locação

bem como o nível da boca do furo que é amarrado a uma referência de nível RN bem definido.

Figura: Planta de Locação de furos

Bibliografia


24 GODOY, Nelson S., Investigação do subsolo para fundações, USP-EESC 1971.

GANDOLFI, Nilson et al. Geologia para Engenheiros Civis. Publicação 048/92 EESC-USP

VELLOSO, Dirceu A.; LOPES, Francisco. Fundações volumes I e II. Editora Oficina de

Textos, 2004.

HACHICH, Waldemar. Et al. Fundações: Teoria e Prática, São Paulo, PINI, 1996.

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Sumário · 2015-09-30 · ... um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na ... ao longo dos anos a argila vai recalcando, o solo vai cedendo e os edifícios ... pressão