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Engenharia

Geotecnia – Sondagens

By 31 de outubro de 2018 No Comments

Esta aula tem como objetivo descrever os conceitos mais importantes concernentes ao estudo da SONDAGENS. O material é baseado na NBR 8036 e nos resumos preparados para consolidação do conhecimento da matéria ao longo dos anos.

Considerações Iniciais

Em função do porte da obra ou de condicionantes específicos, deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional especializado, eventualmente, complementada por estudos geológicos adicionais.

Para qualquer edificação deverá ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar constituída, no mínimo, por sondagens a percussão (com SPT), visando a determinação da estratigrafia e classificação dos solos, a posição do nível d’água e a medida do índice de resistência à penetração NSPT.

Em função dos resultados obtidos na investigação geotécnica preliminar, poderá ser necessária uma investigação complementar, através da realização de sondagens adicionais, bem como de outros ensaios de campo e de ensaios de laboratório. Em obras de grande extensão, a utilização de ensaios geofísicos pode se constituir num auxiliar eficaz no traçado dos perfis geotécnicos do subsolo.

Independentemente da extensão da investigação geotécnica preliminar realizada, devem ser feitas investigações adicionais sempre que, em qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar, de tal forma que as divergências fiquem completamente esclarecidas.

Os números de perfurações a serem feitas, em função do tamanho do edifício, é conforme segue:

  • No mínimo uma perfuração para cada 200m² de área da projeção em planta do edifício, até 1.200m² de área;
  • Entre 1.200m² e 2.400m² fazer uma perfuração para cada 400m² que excederem aos 1.200m2 iniciais;
  • Acima de 2.400m² o número de sondagens será fixado de acordo com o plano particular da construção.
  • Em quaisquer circunstâncias o número mínimo de sondagens deve ser de 2(dois) para a área da projeção em planta do edifício até 200m², e 3(três) para área entre 200m² e 400m².

O estudo topográfico e o geotécnico permitem avaliar as condições preliminares do terreno, que fornecerão dados importantes para a execução de projetos de implantação de canteiro de obras, de arquitetura, de estrutura e de fundações. A esse respeito, o ensaio de penetração padrão fornece a profundidade das camadas do subsolo, o nível do lençol freático e o índice de resistência à penetração, e permite a descrição das camadas por meio de uma análise tátil e visual.

Após a realização das sondagens a percussão, em função de peculiaridades do subsolo e do projeto, ou ainda, caso haja dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, deverão ser realizadas investigações complementares. Neste caso, sondagens adicionais e outros ensaios de campo serão programados.

Os ensaios de campo visam determinar parâmetros de resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos, sendo que alguns deles também fornecem a estratigrafia local. Alguns parâmetros são obtidos diretamente e outros por correlações.

As sondagens mistas e rotativas são utilizadas no caso de dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, devem ser programadas sondagens mistas (percussão e rotativa).

Em se tratando de maciço rochoso, rocha alterada ou mesmo solo residual jovem, as amostras coletadas devem indicar suas características principais, incluindo-se eventuais descontinuidades, indicando: tipo de rocha, grau de alteração, fraturamento, coerência, xistosidade, porcentagem de recuperação e o índice de qualidade da rocha (RQD).

Bom, agora vamos detalhar a sondagem a percussão, porque é mais frequentemente cobrada nos concursos. Trata-se de perfuração e cravação dinâmica de amostrador-padrão, a cada metro, resultando na determinação do tipo de solo e de um índice de resistência, bem como da observação do nível do lençol freático.

O NSPT é a abreviatura do índice de resistência à penetração do SPT, cuja determinação se dá pelo número de golpes correspondente à cravação de 30 cm do amostrador-padrão, após a cravação inicial de 15 cm, utilizando-se corda de sisal para levantamento do martelo padronizado de 65kg de uma altura de 75cm. (Cuidado para não confundir – Lembrete (Valor ALTURA(75) > PESO(65))

O procedimento é realizado com as seguintes etapas:

  • Locação do furo e quantidades;
  • Processos de perfuração;
  • Amostragem     e SPT;
  • Critérios de paralisação;
  • Observação do nível do lençol freático;
  • Identificação das amostras e geológico- geotécnico da sondagem;
  • Expressão dos resultados.

Quando da sua locação, cada furo de sondagem deve ser marcado com a cravação de um piquete de madeira ou material apropriado.

Este piquete deve ter gravada a identificação do furo e estar suficientemente cravado no solo, servindo de referência de nível para a execução da sondagem e posterior determinação de cota através de nivelamento topográfico.

Deve ser coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado-concha durante a perfuração, até 1 m de profundidade. A cada metro de perfuração, a partir de 1 m de profundidade, devem ser colhidas amostras dos solos por meio do amostrador-padrão, com execução de SPT.

O amostrador-padrão, conectado à composição de cravação, deve descer livremente no furo de sondagem até ser apoiado suavemente no fundo, devendo-se cotejar a profundidade correspondente com a que foi medida na operação anterior. Caso haja discrepância entre as duas medidas supra-referidas (ficando o 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-padrão conectado à composição de cravação, coloca-se a cabeça de bater e, utilizando-se o tubo de revestimento como referência, marca-se na haste, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm.

Em seguida, o martelo deve ser apoiado suavemente sobre a cabeça de bater, anotando-se eventual penetração do amostrador no solo. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, após procedimento anterior, prossegue-se a cravação do amostrador-padrão até completar os 45 cm de penetração por meio 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-padrão.

Frequentemente não ocorre a penetração exata dos 45 cm, bem como de cada um dos segmentos de 15 cm do amostrador-padrão, com certo número de golpes.

Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrando-se 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. EXEMPLO: 3/17 – 4/14 – 5/15

A cravação do amostrador-padrão é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações:

  • em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30;
  • um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação;
  • não se observar avanço do amostrador-padrão durante a 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: 1/59.

Quando a penetração for incompleta, o resultado da cravação do amostrador expresso pelas relações entre o número de golpes e a penetração para cada 15 cm de penetração. EXEMPLO: 12/16 – 30/11; 14/15 – 21/15 – 15/7 e 10/0.

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- padrão deve ser expresso pelas relações entre o número de golpes e a penetração correspondente. EXEMPLO: 1/33 – 1/20

Quanto a paralisação, o processo de perfuração por circulação de água, associado aos ensaios penetrométricos, deve ser 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-padrão;
  • quando, em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador-padrão; e
  • quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45 cm do amostrador-padrão.

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, durante 15 min no mínimo.

Sempre que ocorrer interrupção na execução da sondagem, é obrigatória, tanto no início quanto no final desta interrupção, a medida da posição do nível d’água, bem como da profundidade aberta do furo e da posição do tubo de revestimento.

Outro ponto importante é a identificação das amostras e elaboração do perfil geológico-geotécnico da sondagem. As amostras devem ser examinadas procurando identificá-las no mínimo através das seguintes características:

  • granulometria;
  • plasticidade;
  • cor; e
  • 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.

Os resultados da sondagem são expressos no relatório de campo e no relatório definitivo. Nas folhas de anotação de campo devem ser registrados:

  • nome da empresa e do interessado
  • número do trabalho;
  • local do terreno;
  • número da sondagem;
  • data e hora de início e de 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 tátil-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 d’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; e
  • procedimentos especiais utilizados, previstos na 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 o relatório definitivo 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:

  • nome do interessado/contratante;
  • local e natureza da obra;
  • descrição sumária do método e dos equipamentos empregados na realização das sondagens;
  • total perfurado, em metros;
  • declaração de que foram obedecidas as normas brasileiras relativas ao assunto;
  • outras observações e comentários, se julgados importantes; e
  • referências aos desenhos constantes no relatório. Anexar ao relatório um desenho contendo:
  • 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 à sua localização;
  • planta contendo a posição da 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 tomado como RN;
  • 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:

  • nome da firma executora das sondagens, o nome do interessado ou contratante, local da obra, indicação do número do trabalho e os vistos do desenhista, engenheiro civil ou geólogo, responsável pelo trabalho;
  • diâmetro do tubo de revestimento e do amostrador empregados na execução das sondagens;
  • número(s) da(s) sondagem(s);
  • cota(s) da(s) boca(s) dos furo(s) de sondagem, com precisão centimétrica;
  • linhas horizontais cotadas a cada 5 m em relação à referência de nível;
  • posição das amostras colhidas, devendo ser indicadas as amostras não recuperadas e os detritos colhidos na circulação de água;
  • as profundidades, em relação à boca do furo, das transições das camadas e do final da(s) sondagem(s);
  • índice de resistência à penetração N ou relações do número de golpes pela penetração (expressa em centímetros) do amostrador;
  • identificação dos solos amostrados e convenção gráfica;
  • a posição do(s) nível(is) d’água encontrado(s) e a(s) respectiva(s) data(s) de observação(ões), indicando se houve:
    • pressão ou perda de água durante a perfuração;
    • indicação da não ocorrência de nível de água, quando não encontrado;
    • datas de início e término de cada sondagem;
    • 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 de lama de estabilização quando utilizada;
    • procedimentos especiais utilizados, previstos na Norma; e resultado dos ensaios de avanço de perfuração por circulação d’água
  • Desenhar as sondagens na escala vertical de 1:100

A tabela abaixo mostra os estados de compacidade e consistência

As sondagens a percussão e as rotativas devem ser apresentadas num mesmo relatórios, para maior clareza de interpretação.

As sondagens mistas e rotativas são utilizadas no caso de dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, devem ser programadas sondagens mistas (percussão e rotativa).

Ambas devem ser apresentadas no mesmo relatório para que seja feita uma análise comparativa entre os resultados para assegurar a consistência do mesmo.

Os elementos a serem evidenciados NÃO se limitam(ou circunscrevem-se) a mostrar camadas ou aos horizontes dos solos encontrados e à posição dos níveis de água. A NBR 6484/2001 traz uma série de requisitos de elementos que devem estar evidenciados no desenho de sondagens geológicas.

 

Entre as principais vantagens do ensaio SPT, podemos citar:

  • As amostras são representativas.
  • As amostras de rochas duras, chamadas de “fragmentos” ou “testemunhos” de sondagem são importantes, pois representam a umidade natural, compacidade ou consistência natural, composição, textura e estrutura da rocha.
  • Para manter a amostra indeformada, utilizam-se anéis de PVC ou metálicos.
  • A umidade natural pode ser mantida até análise em laboratórios se a amostra for parafinada.
  • Através do Relatório de SPT, podemos obter informações como resistência a penetração, nível do lençol freático, entre outros.

 

Entre as desvantagens, podemos destacar:

  • Amostras de solo podem deformar facilmente.
  • Massa cadente, que é a energia obtida pela queda do peso de 65 kg a uma altura de 75 centímetros onde a energia gravitacional é transferida para o trado (amostrador).
  • Altura de queda, que ocorre quando o levantamento do peso é realizado manualmente e o operador pode elevar de mais ou menos o mesmo, fazendo com que a altura de queda não corresponda a da norma.
  • Atritos múltiplos, principalmente em equipamentos mal conservados onde a falta de manutenção faz com que o atrito na roldana de movimentação do peso, seja elevado a ponto de interferir na velocidade de queda.
  • Peso e rigidez das hastes devido aos diferentes metais empregados na fabricação dos equipamentos, proporcionando ferramentas mais pesadas ou mais rígidas, que interfere na transferência de energia do martelo (peso) para o trado.

A sondagem a trado é realizada com a utilização do trado cavadeira ou do trado helicoidal. Trata-se de processo mais simples, rápido e econômico para as investigações preliminares das condições geológicas superficiais.

A finalidade dessa sondagem é a coleta de amostras deformadas (amostras amolgadas), determinação da profundidade do nível d’água, identificação dos horizontes do terreno, além de ser adotado na etapa inicial da perfuração para o ensaio de penetração (SPT).

 

A sondagem a trado é dada por terminada nos seguintes casos:

  • quando o avanço do trado ou ponteira for inferior a 50 mm em 10 minutos de operação contínua de perfuração;
  • quando atingir a profundidade especificada;
  • quando ocorrerem desmoronamentos sucessivos da parede do furo.

 

Esta sondagem apresenta como limitações:

  • areias muito compactas;
  • camadas de pedregulho;
  • solos abaixo do nível d’água; e
  • pedras e matacões.

A sondagem deve ser iniciada com emprego do trado- concha (TC) ou cavadeira manual até a profundidade de 1 m, seguindo-se a instalação até essa profundidade, do primeiro segmento do tubo de revestimento dotado de sapata cortante.

Nas operações subseqüentes de perfuração, intercaladas às de ensaio (SPT – descrito anteriormente) e amostragem, deve ser utilizado trado helicoidal (TH) até se atingir o nível d’água freático.

O ensaio de cone CPT (cone penetration test) — fornece leitura da resistência de ponta, da resistência do atrito lateral e a correlação entre os dois, medida em %, permite a identificação do tipo de solo e a previsão da capacidade de carga de fundações.

O gamadensímetro faz uma determinação rápida “in loco” da umidade, baridade, % de compactação, índice de vazios e porosidade. Pode ser usado em solos, agregados, tepetes betuminosos e até em concreto.

O tipo de sondagem a ser indicado para a execução de uma obra depende do tipo solo. O tipo de sondagem também será o melhor processo para indicar informações precisas, com análises conclusivas de forma a apontar a melhor solução de fundações. Nesse contexto, a o tipo de sondagem indicada para fundações profundas com a presença de rocha é Sondagem rotativa, podendo usar sondagem a percussão até o nível da rocha e a partir deste, rotativa.

A cavadeira reta, ilustrada na imagem a seguir, é utilizada nos trabalhos de abertura de vala em diversos tipos de solo.

Atenção especial deve ser dada para não se descer o tubo de revestimento à profundidade além do comprimento perfurado. Quando necessária à garantia da limpeza do furo e da estabilização do solo na cota de ensaio, principalmente quando da ocorrência de areias submersas, deve-se usar também, além de tubo de revestimento, lama de estabilização.

Índice de Fendilhamento (IF): estado de fendilhamento natural da rocha. Em cada manobra é contado o número de fendas naturais existentes nos testemunhos de rocha, colocados na caixa, e marcados no sistema de eixos do boletim.

Grau de Fracionamento (IFr): é determinado através da quantidade de fraturas com que se apresenta a rocha numa determinada direção. Não se consideram as fraturas provocadas pelo processo de perfuração ou soldadas por materiais altamente coesivos.

RQD (Designação Qualitativa da Rocha): Corresponde ao quociente da soma dos comprimentos superiores a 10 cm de testemunhos sãos e compactos, pelo comprimento do trecho perfurado, expresso em percentagem

Toda a vez que for descida a composição de perfuração com o trépano ou instalado novo segmento de tubo de revestimento, os mesmos devem ser medidos com erro máximo de 10 mm.

O ensaio que consiste na expansão de uma sonda ou célula cilíndrica, normalmente de borracha, instalada em um furo executado no terreno, é o pressiométrico. Desenvolvido na França na década de 50, os ensaios pressiométricos tipo Ménard (PMT) consistem na inserção em um pré-furo de sonda pressiométrica e deformação radial de membrana por meio de inserção de gás nitrogênio. As medidas de deformação são através do painel de controle, que mede variações de pressões e volumes ocorridos com a deformação do solo. É obtida curva de tensão x deformação do solo prospectado.

O ensaio de Palheta (Vane Test) é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao cisalhamento de argilas moles saturadas, submetidas à condição de carregamento não drenado.

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