CURSO GEOTECNIA 2011

ENGENHARIA SUBMARINA

PROPRIEDADES E MECÂNICA DOS SOLOS POR: ALOÉSIO DRÖSEMEYER

ÍNDICE 

1‐ Introdução



2‐ Noções Básicas sobre Geotecnia



3‐ Levantamento de Dados Geotécnicos



4‐ Importância da Determinação dos Parâmetros Geotécnicos

ÍNDICE 

1‐ Introdução



2‐ Noções Básicas sobre Geotecnia



3‐ Levantamento de Dados Geotécnicos



4‐ Importância da Determinação dos Parâmetros Geotécnicos

1. INTRODUÇÃO O que há em comum comum entre entre essa essass estrutur estruturas? as? RODOVIA  FERROVIA  AEROPORTO  PONTE  VIADUTO  TÚNEL  BARRAGEM 

PRÉDIO RESIDENCIAL / COMERCIAL  TORRE DE TRANSMISSÃO  PLATAFORMA FIXA (JAQUETA, CAISSON )  PÍER  OLEODUTO, GASODUTO, AQUEDUTO 

É is isso so me mesm smo! o! Todas elas são assentes, direta ou indiretamente, sobre o terreno: solo ou rocha Peculiaridade dos solos: não há como se especificar as características de resistência e deformabilidade do terreno, como se faz com outros materiais como aço, concreto armado...

Daí a necessi necessidade dade de se investig investigar ar caso caso a caso, caso, de acordo acordo com as necessidades de cada projeto.

1. INTRODUÇÃO

CARACTERÍSTICAS DO PROJETO IMPORTANTES PARA A GEOTECNIA:

Diâmetro Variação do peso submerso (duto + revestimento + fluido transportado) Tipo de revestimento Características estruturais do duto Temperatura do fluido Alternativas de shore approach

1. INTRODUÇÃO Quais são as informações geotécnicas demandadas pelos projetos de dutos submersos? Estratigrafia do solos ao longo da rota do duto;  Parâmetros de resistência e deformabilidade do solo;  Afundamento estimado do duto;  Possibilidade de ocorrência de vãos livres;  Viabilidade de enterramento do duto. 

No sentido de suprir tais necessidades, através das investigações a seguir, obtém-se as informações geotécnicas necessárias: ð Amostragens Kullenberg, etc ; ð Sondagens Geotécnicas à Percussão e/ou Mistas; ð Ensaios de campo (CPT) e de Laboratório.

NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA

GEOTECNIA

Ciência que estuda o comportamento do solo para o uso em obras de Engenharia Civil.

GEOLOGIA DE ENGENHARIA MECÂNICA DOS SOLOS MECÂNICA DAS ROCHAS HIDROLOGIA

Fundações  Rodovias e ferrovias  Pavimentação  Obras de contenção  Barragens e obras de terra  Obras subterrâneas  Geotecnia ambiental  Estabilidade de taludes 

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Rochas: Agregados naturais compostos de um ou mais minerais unidos por forças permanentes muitos fortes. Solos: Produtos resultantes do intemperismo das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química ou, ainda, da decomposição de matéria orgânica. Classificação quanto a origem: ðResidual ðTransportado ou Sedimentar ðOrgânico

Colúvio,

Talus (Gravidade) Aluvião (Água) – Fluviais, Lacustres e Marinhos Eólico Glacial

Solos Residuais O produto da intemperização da rocha permanece no local de origem

Solo residual de Sienito

Granito-Gnaisse

Gnaisse

Argilas e Areias

Areia

Argila

Areia com fragmentos de conchas

Solo Orgânico Turfa: Produto da decomposição de matéria orgânica


Propriedades Índice Grãos individuais Tamanho, forma, rugosidade, mineralogia, superf ície específica Relações entre fases Porosidade, índice de vazios, grau de saturação, teor de umidade, massas específicas total e seca, densidade relativa dos grãos Solo como um todo Distribuição granulométrica, limites de consistência, compacidade relativa, atividade

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Grãos Individuais  Tamanho dos Grãos

Diâmetro dos Grãos (mm) argila

0,002 Solos Coesivos

areia

silte

0,05

fina

pedregulho

media grossa

0,4

2

calhau

76

4,8

250

m atacão

1000

Solos Granulares Solos de Granulação Grossa

Solos de Granulação Fina Análise por Sedimentação

Análise por Peneiramento

Classificação ABNT  Forma dos Grãos

Formas Poliédricas: Predominam nos pedregulhos areias e siltes

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA  Forma dos Grãos

Molécula de Água

Argilo-Mineral Quartzo H+ H+ H+ H+ H+ - - - - - - - H+ - - - - - - H+ H+ H+ -

1 mm

Arredondados

0,0001 mm

Lamelares

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Grãos Individuais  Distribuição Granulométrica ‐ Peneiramento

Percentual em peso do solo que passa por peneiras com aberturas pré-estabelecidas em Normas Técnicas

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Grãos Individuais  Distribuição Granulométrica ‐ Sedimentação

Lei de Stokes : Velocidade de queda de partículas sólidas em suspensão em uma solução água-solo é proporcional ao quadrado do diâmetro das partículas

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Grãos Individuais  Distribuição Granulométrica 0 0 2

o

100

Peneira N ( SUCS )

0 0 0 0 1 6 4

0 2

0 1

" 2 / 1

4

" 1

" " 2 3

" 6

" 2 1

" 0 3

0

90

) 80 % ( ) 70 a % s ( s a s a s 60 a p p e e u u q 50 q m e g a 40 m t e n e g c r a o t P 30 n e c r 20 o P

10 20

( P % 30 o r ) c ) e 40 % n ( a t d a i t e 50 g r e m m e g 60 t a r n e e t c i r o 70 d P a

Sedimentação

Peneiramento

80

10

90

0

100

0,0001

ABNT SUCS MIT

0,001

Argila Argila

0,01

0,1 1 Diâmetro dos Grãos (mm) Areia

Silte

ina

média

ina

Argila

ino

médio

Pedra

grosso

1000 Matacão

Pedregulho média

Areia

100

Pedregulho grossa

Areia

Silte Silte

10

grossa

1

2

3

4

Pedregulho

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Grãos Individuais  Distribuição Granulométrica 0 0 2

o

100

Peneira N ( SUCS )

0 0 0 0 1 6 4

0 2

" 2 / 1

4

" 1

" " 2 3

" 6

" 2 1

" 0 3

0

Argila

90

10

80

20

Areia

) 70 % ( a s s a p e u q m e g a t n e c r o P

0 1

30

60

)

40 % (

Silte-areno-argiloso

a d i t 50 e r m e g 60 t a n e c r 70 o P

50 40 30 20

80

10

90

0

100

0,0001

ABNT SUCS MIT

0,001

Argila Argila

0,01

0,1 1 Diâmetro dos Grãos (mm) Areia

Silte

ina

média

ina

A

il

ino

médio

Pedra

grosso

1000 Matacão

Pedregulho média

Areia

100

Pedregulho grossa

Areia

Silte Silte

10

grossa

1

2

3

4

P d

lh

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Relação entre Fases Solo: Sistema Multifásico

(sólidos, líquidos e gases)

Va

ar

Vw

água

Ma=0

Vv Mw Mt

Vt Vs

Amostra de Solo

solo

Diagrama de Fases

Ms

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Índices Físicos  Relação entre

massas

Obtida Experimentalmente

w=

M s

ar

Vw

água

Ma=0

Vv

Teor de Umidade (%)

M w

Va

Mw Mt

Vt Vs

solo

Diagrama de Fases

Ms

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Índices Físicos  Relações

entre Volumes

Requerem amostras indeformadas

Determinações Indiretas (Correlações)

Índice de Vazios

e=

V v

S=

V w V v

ar

Vw

água

Ma=0

Vv

V s

Grau de Saturação (%)

Va

Mw Mt

Vt Vs

solo

Diagrama de Fases

Ms


entre Massas e Volumes

Obtidas Experimentalmente

Massa Específica dos Grãos (g/cm3) Amostra amolgada

γ s =

M s

Va

ar

Vw

água

Ma=0

Vv

V s

Mw Mt

Vt

Densidade Relativa dos Grãos

δ = Gs =

Vs

γ s ρ w

γ = 1g/cm3

solo

Diagrama de Fases

Ms


entre Massas e Volumes

Obtidas experimentalmente

Peso Específico Aparente (kN/m3)

Amostra indeformada

γ =

M t V t

Va

ar

Vw

água

Ma=0

Vv Mw Mt

Vt Vs

solo

Diagrama de Fases

Ms


γ = n=

entre Índices Físicos

Gs + Se

1+ e e

1+ e

γ w γ d =

γ =

γ sat =

1+ w 1+ e

Gs + e

1− e

γ

w = S(

1+ w

Gsγ w e =

n

γ w γ d

−

e=

1− n

γ w γ sub =

Gs − 1

1+ e

γ sub = γ sat − γ w Se = Gs w

γ w

1 Gs

γ s γ d

)

−1

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Relação entre Fases  Índices

de Vazios Máximo e Mínimo de Solos Granulares

e m ax o u

d m in

Maior valor de índice de vazios ou menor densidade que um dado solo granular pode apresentar em laboratório (método do funil ou chuveiramento) e min o u

dmáx

Menor valor de índice de vazios ou maior densidade que o solo granular pode apresentar em laboratório (vibração)

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Solo como um todo  Densidade

Dr =

ou Compacidade Relativa de Solos Granulares

emax − e emax − emin

×100% Primeira “arrumação”

ou

Dr = e e

d

γ d max γ d

×

γ d − γ d min γ d max − γ d min

×100%

se referem ao material indeformado (condições de campo)

Segunda “arrumação”

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Solo como um todo  Densidade

ou Compacidade Relativa de Solos Granulares

Classificação

DR

Areia fofa

< 0,33

Areia de compacidade média

0,33 < DR< 0,66

Areia compacta

> 0,66

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Solo como um todo  Estados

de Consistência de Solos Finos



Sólido: o volume total do material não se altera quando seu teor de umidade varia.



Semi‐Sólido: o solo trinca e rompe ao ser trabalhado.



Plástico: o solo pode ser moldado sob diferentes formas sem trincar nem variar de volume.



Fluido ou Líquido: o solo se comporta como um fluido viscoso.

Limites de Consistência (Limites de Atterberg) Limite de Liquidez (wL ou LL) Limite de Plasticidade (wP ou LP) sólido

semi-sólido

Limite de Contração (w )

plástico

Limite de Plasticidade

fluido ou líquido Limite de Liquidez

Teor de Umidade cresce

Determinação do Limite de Liquidez

Aparelho de Casagrande

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Limites de Consistência (Limites de Atterberg)  Determinação

do Limite de Liquidez (wL)

46 44

) % ( 42 e d40 a d i m38 ULL e d36 r o34 e T 32 30 1

10

Número de Golpes

25 golpes

100

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Limites de Consistência (Limites de Atterberg)  Determinação

do Limite de Plasticidade (wP)

wP = Média de cinco determinações

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Solo como um todo  Índice

de Consistência (IC)

IC =

 Índice

wL − w IP

IC < 0 0 < IC < 0,50 0,50 < IC < 0,75 0,75 < IC < 1,00 IC > 1,00

Muito moles (Vasas) Moles Médias Rijas Duras

de Plasticidade (IP)

IP = wL – wP 1 < IP < 7 7 < IP < 15 IP > 15

Indicação da plasticidade do solo Fracamente plásticos Medianamente plásticos Altamente plásticos

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Propriedades Índice: Solo como um todo  Gráfico

de Plasticidade (Casagrande) Índice de Plasticidade [%]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

70

60

] 50 % [ z e d i 40 u q i L e d 30 e t i m i L 20

0 5 = L L

0 3 = L L

Argilas inorgânicas de mediana plasticidade Argilas inorgânicas de baixa plasticidade

Argilas inorgânicas de alta plasticidade

” “ A 2 0 ) A H ( L L 3 L I N 7 , = 0 I P

Siltes inorgânicos de alta compressibilidade e argilas orgânicas

10

Solos sem coesão 0

Siltes inorgânicos de baixa compressibilidade

Siltes inorgânicos de mediana compressibilidade e siltes orgânicos

100

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Tensões no solo  Tensões devidas

ao peso próprio

Tensão Vertical a uma dada profundidade é devida ao peso de tudo que se encontra acima (solo, água, sobrecarga, etc.)

v

Tensão Horizontal

σ h′ = K 0 σ v′

v

v

σ V = γ z

σ V = γ z

σ V = γ z + γ W z w

σ V = γ z + q

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Tensões no solo  Poropressão

(Pressão Neutra)

A água no interior nos poros, abaixo do nível d’água, estará sob uma pressão (u) que independe da porosidade do solo; depende apenas da sua profundidade em relação ao nível freático

w

= 9,83 kN/ m 3

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Tensões no solo  Princípio

1ª Parte

das Tensões Efetivas (Terzaghi, 1936)

Tensões principais totais (σ) consistem de 2 parcelas: 1ª Parcela: Poropressão (u) Pressão da água nos poros (Hidrostática – Atua em todas as direções) 2ª Parcela: Tensão efetiva (σ’) Tensão suportada exclusivamente pelo esqueleto sólido dos grãos

σ ′ = σ − u

Princípio das Tensões Efetivas NA

2ª Parte

TodosNA os efeitos mensuráveis tais como variação de volume, NA distorção e mudança da resistência ao cisalhamento de um solo são devidas exclusivamente às variações do estado de tensões efetivas. Esponja em repouso

Peso aplicado

Elevação da água

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Adensamento  Definição:

Processo gradual que se desenvolve nos solos, envolvendo pari passu expulsão da água dos poros, compressão e ajuste de tensões.

argila mole saturada

Sobrecarga

Coeficiente de permeabilidade baixo

Geração de excesso de poropressão Drenagem com dissipação de excesso de poro-pressão ao longo do tempo Redução do índice de vazios

recalques por adensamento

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Adensamento  Analogia

Mecânica do Processo de Adensamento Δσ Δσ

u0

u σ´v0

(a) t=0u=u0 σ´=σ´v0

σ´v

(b) t=0+ u=u0+Δσ σ´=σ´v0 ΔV=0

u σ´v

(c) t>0 u00

u

σ´v

(d) t=∞ u=u0 σ´=σ´v0+ Δσ

Mola Esqueleto sólido dos solos Água Saturação dos vazios (poros) com água Torneira Permeabilidade, ou seja, a maior ou menor facilidade com que a água pode fluir através dos vazios do solo

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Adensamento  Representação

da geração e dissipação poropressão numa camada de argila mole saturada

do

excesso

Δσv

de N

areia

(camada permeável) u( z , t ) 1 1 h=

he

h0 =

z

u0 γ w

γ w

fronteira s o r t e m ô z e i p

H z

d

dx

dy

z1

t=t 1

u1(z1,t1) s e õ s s s e a r c p i t á e t d s a o r d m i a r h g a i d

(h e+H)x γw

e d o s s e c x e e o ã d s a s e r m p a r o g r a o i d p

u0=Δσ

t=

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Adensamento  Ensaio

de Adensamento Oedométrico

Carga Anel

Cabeçote

• O processo de adensamento é reproduzido no laboratório pelo ensaio de compressão oedométrica. O corpo-deprova é confinado lateralmente por um anel metálico rígido que limita as deformações e o fluxo à direção vertical.

Amostra

Pedras Porosas

Base

Drenagem

• São aplicados incrementos de carga vertical no corpo-de-prova, e registradas as deformações a diversos intervalos de tempo para cada estágio de carga.

Ensaios convencionais = Estágios de 24 horas

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Adensamento  Equipamentos

Braço de alavanca com vantagem mecânica 10:1

Ponto de Aplicação de Carga

Relógio Comparador

Célula de Adensamento

LVDT

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Adensamento  Resultados 19,85

3,50

Amostra Indeformada Amostra Amo lgada

19,80

) m m19,75 ( . p . c 19,70 o d a r 19,65 u t l a

3,00

2,50

19,60 19,55 0

5

10

15

20

25

30

35

40

raiz tempo (min)

A partir do ensaio de adensamento obtémse parâmetros de compressibilidade do solo como: tensão de pré-adensamento (σ’vm), coeficiente de adensamento (cv), de compressibilidade (cc), de recompressão (cr ), etc. Permitindo, assim estimativas de recalque, OCR, etc.

e s o i z a V e 2,00 d e c i d n Í

1,50

1,00

0,50 1

10

100

1000

T e n s ã o E f e t iv a ( k P a )

OCR =

′ σ vm σ v′

História de Tensões

10000

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Resistência ao Cisalhamento A ruptura nos solos é quase sempre um fenômeno de cisalhamento, raramente ocorrem rupturas por tração. A resistência ao cisalhamento do solo (τ) é definida como máxima tensão cisalhante que o solo pode suportar sem sofrer ruptura.  Critérios de Ruptura

Os critérios de ruptura que melhor representam o comportamento dos solos são os critérios de Coulomb e de Mohr .

τ = c′ + σ ′tgϕ ′

Critério de Mohr-Coulomb

“Coesão Aparente” Devida a pressão capilar da água “Coesão Verdadeira” Devida às forças eletroquímicas de atração entre partículas. →

Coesão

Atrito

→

“Atrito Físico” Devido ao atrito entre partículas “Atrito Fictício” Devido ao entrosamento dos grãos →

→

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Resistência ao Cisalhamento  Critério

de Ruptura de Mohr‐Coulomb

τ φ´

Envoltória de Mohr-Coulomb

c’ c’

σ’ h

σ’

σ’ v

φ´ τ = Tensão cisalhante σ ′ = Tensão normal efetiva c′ = Intercepto de coesão

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Resistência ao Cisalhamento  Resistência

das Areias Propriedade intrínseca

Fatores que influenciam o ângulo de atrito: ðDeslizamento e rolamento entre grãos → Forma e rugosidade ðEntrosamento → Distribuição granulométrica (Fofa X Compacta) Função do estado no momento

Dificilmente obtém-se amostras indeformadas de solos arenosos, então, os ensaios de cisalhamento direto são realizados com corpos-de-prova moldados nas seguintes condicões: - emáx (ou densidade mínima) - emín (ou densidade máxima)

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Cisalhamento Direto Relógios Comparadores

 Equipamentos

Anel Dinamométrico

Caixa de Cisalhamento

Pontos de Aplicação de Carga Anel

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Cisalhamento Direto

N

T

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaio de Cisalhamento Direto  Resultados

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Resistência ao Cisalhamento  Resistência

das Argilas

Devido a baixa permeabilidade das argilas, torna-se importante o conhecimento da sua resistência tanto em termos de carregamento drenado como de carregamento não drenado. Para tanto, pode-se executar um dos 3 tipos de ensaios triaxiais abaixo: CID – Triaxial Adensado, Drenado CIU – Triaxial Adensado, Não Drenado

UU – Triaxial Não Adensado, Não Drenado O ensaio consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo-de-prova cilíndrico de solo.

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaios Triaxiais Preparação

de Corpos‐de‐Prova

Amostra Indeformada

Equipamentos

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaios Triaxiais  Equipamentos

Câmara Triaxial

Corpo-de-prova

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Ensaios Triaxiais  Resultado

do Ensaio Triaxial UU

Resistência Não Drenada (Su)

τ = Su =

σ 1 − σ 3 2

Sensitividade das argilas

S= S=1 18

Su Sur

Insensitiva Baixa Sensitividade Média Sensitividade Sensitiva Ultra-Sensitiva (quick clay )

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA Estabilidade de Taludes Classificação dos movimentos de terra: 1. Escorregamento 2. Erosão externa 3. Erosão interna “piping” 4. Corrida de detritos ‐ avalanche 5. Deformação lenta ‐ rastejo, “creep” 6. Queda de blocos OBS: Exemplos são relativos a taludes terrestres

LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS

O Levantamento de dados geotécnicos para rota de dutos e shore approaches, tipicamente, pode ser divido em duas etapas:  Campo     

Amostragem (Kullenberg, Vibro‐Corer, Box Corer, Van Veen, etc) Ensaios de Bordo (descrição, w , γ, Su, etc) Ensaios SPT (In Situ) Ensaios CPT (In Situ) Ensaios de Palheta (In Situ)

 Laboratório 

Ensaios de caracterização, resistência e compressibilidade.

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS 

A escolha do tipo de investigação está relacionada às necessidades de projeto, condições do ambiente (offshore ou nearshore ) e disponibilidade de recursos navais.



O espaçamento entre cada investigação está relacionada à variabilidade do solo revelada pelos estudos geofísicos (Batimetria, Side Scan Sonar , Sub Botton Profile – SBP, Autonomous Underwater Vehicle – AUV) ao longo da rota, da região da rota a ser investigada e de eventuais levantamentos pretéritos.



Locações de estruturas PLET, PLEM, ILT, etc , devem ser investigadas pontualmente, ou seja, nas próprias coordenadas de instalação.



Dependendo da região da rota a ser investigada, diferentes recursos navais podem se fazer necessários: Navios, Jack-Up’s , Balsas, Flutuantes, Veículos anfíbios, Sino de Sondagem, etc .

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Amostragem Amostrador de Gravidade ‐ Kullenberg  Utilizado

para obter amostras de solo ao longo de rotas de dutos;  Pode recuperar amostras de solo com até 6 metros de comprimento;  Características construtivas (cabeça, barrilete, ponteira, mola, pistão, liner , etc);  Lançamento e recuperação;  Tratamento e acondicionamento de amostras;  Vantagens e desvantagens. Fonte: GEO / PETROBRAS

Fonte: GEO / PETROBRAS

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Amostragem Vibro‐Corer  Utilizado para obter amostras de solo ao longo

de rotas de dutos;  Pode recuperar amostras de solo com até 6 metros de comprimento;  Características construtivas e funcionais.

Box Corer  Utilizado

para obter amostras de solo ao longo de rotas de dutos;  Obtenção de amostras superficiais;  Características construtivas funcionais.

Van Veen  Utilizado

para obter amostras de solo ao longo de rotas de dutos;  Obtenção de amostras superficiais;  Características construtivas e funcionais.

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios de Bordo  Teor de Umidade  Peso Específico

Muito importante

Gw=Se

Aparente

 Torvane  Penetrômetro

de Bolso

Após realização dos ensaios de bordo as amostras devem ser adequadamente acondicionadas e ser mantidas em câmara úmida ou ambiente refrigerado.

Resultado

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios In Situ CPT – Cone Penetration Test Composição de hastes é cravada continuamente (20mm/s) com um cone instrumentado na extremidade inferior, que registra a resistência de ponta (q c), atrito lateral (f s) e poropressão gerada (u2). qc [kPa] 0

500

1000

fs [kPa]

u0, u 2 [kPa] 1500

2000

- 100

0

0

100 200 300 4 00 500

0,0

0,0

0,0

1,0

1,0

1,0

2,0

2,0

2,0

3,0

3,0

4,0

4,0

5,0

5,0

5,0

6,0

6,0

6,0

7,0

7,0

7,0

] m [ e 3,0 d a d i d n u 4,0 f o r P

10

20

30

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios In Situ CPT – Cone Penetration Test

Bq

Su [kPa] / DR [%] 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

-0,2

0,0

0,0

1,0

1,0

2,0

2,0

] m [ e 3,0 d a d i d n u 4,0 f o r P

] m [ e 3,0 d a d i d n u 4,0 f o r P

5,0

5,0

6,0

6,0

7,0

7,0 Su (Nkt = 15)

Su (Nkt = 20)

DR

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Os parâmetros qc, f s, e u2 por si só não indicam o tipo de solo e suas propriedades, mas quando interpretados pode-se avaliar o tipo de solo e parâmetros geotécnicos de projeto.

Su =

(qt − σ v 0 ) N kt

N kt =

Dr = −98 + 66 log

( qt − σ v 0 ) Su

qc

′ ) 0,5 (σ vo

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios In Situ CPT – Cone Penetration Test  

Onshore

→

Executado a partir de estrutura ancorada no solo, caminhões, etc ;

Executado a partir de estrutura assente no leito marinho ( Seacalf ) ou em furos de sondagem segundo o método downhole . Offshore

→

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios In Situ  Vane Test – Ensaio

Su =

0,86 M π D 3

de Palheta

[kPa]

M = Torque máximo medido [kNm] D = Diâmetro da Palheta [m]

SPT – – Standard Standard Penetration Penetration Test  SPT

O ensaio ensaio SPT constitui-s constitui-see em uma medida medida de resistê resistência ncia à penetração penetração dinâmica conjugada a uma sondagem sondag em de simples reconhecimento. É com comume umente nte exe execut cutado ado em shore approaches , na praia ou nearshore . Aplicações: Class lassifific icaç ação ão da dass ca cam mad adas as do so solo lo;; ð Caracterís Características ticas de compac compacidade idade ou consist consistência; ência; ð Estimativa Estimativa de: den densidade sidade relativ relativa a e resistência resistência não drenada de argilas e capacidade de carga de fundações superficiais e profundas.

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios In Situ SPT – – Standard Standard Penetration Penetration Test  SPT

Ensaio executado a cada metro e mudanças de camada Nº de golp golpes es para para cravaç cravação ão de de 45cm 45cm – dividid divididos os em em 3 segm segment entos os de de 15cm – de um um amostra amostrador dor padrão. padrão. 2OS 15 + 3OS 15 = NSPT Alternar execução do SPT com avanço do furo com trado ou trépado Limite da sondagem com circulação de água.

Rocha: Se necessário prossegue-se com sondagem rotativa. Coleta de amostras indeformadas com pistão estacionário

Resultado = Perfis Individuais de Sondagem Vantagens

Largamente utilizado / Procedimento e equipamentos de ensaio simples / Barato / Obtenção de amostra representativa / Aplicável a quase todos os tipos de solos solos e rochas brandas.

Desvantagens

Fortemente dependente da experiência e cuidados do sondador / Resultados dependem do tipo de equipamento / “Simplicidade”

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios de Laboratório As amostras coletadas são levadas para laboratório de solos onde são submetidas a ensaios.  Caracterização

Clas asssificação Tá Táctil-Visual Teor de Umidade ð Massa Específica Específica dos Grãos Grãos de Solo Solo ð Peso Peso Especí Específic fico o Aparen Aparente te Anál Anális isee Gra Granu nulo lomé métr tric ica a (Pen (Penei eira rame ment ntoo e Sedi Sedime ment ntaç ação ão)) ð Limi Limites tes de Atterberg Atterberg (Liquid (Liquidez ez e Plasticidad Plasticidade) e) ð Índice de Vazios Vazios Máximo Máximo e M Mínimo ínimo ð Teor Teor de Carbona Carbonato to (CaC (CaCO O3) ðAnálise Petrográfica, com Fotografia (Rochas)

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Ensaios de Laboratório  Resistência

ao Cisalhamento

Cisalhamento Direto Triaxial UU ð Mini Vane Test – Ensaio de Palheta de Laboratório ð Compressão Axial (Rochas) ð Índice de Abrasividade CERCHAR (Rochas)  Compressibilidade

Adensamento Oedométrico É importante, em função do comportamento do solo e das necessidades de projeto, garantir que o método mais apropriado de investigação foi empregado na obtenção dos diferentes parâmetros geotécnicos.

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Parâmetros Geotécnicos para Projeto A partir do mapa faciológico, que permite a identificação de províncias e nos dados do solo dessas províncias, pode-se, com base na recomendação DNV-RP-C207 Statistical Representation of Soil Data , estabelecer faixas de valores para os parâmetros geotécnicos requeridos no projeto.

KP-000 ao KP-198

KP-000 ao KP-198 3

Undrained Shear Stre ngth - Su [kPa]

Unit Weight [kN/m ] 13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

18,0

18,5

0,0

0,00

0,00

0,20

0,20

0,40

0,40

0,60

0,60

] m0,80 [ h t 1,00 p e D1,20

] m0,80 [

1,40

1,40

1,60

1,60

1,80

1,80

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

h 1,00 t p e D1,20

2,00

2,00 Soil Data

Best Estimate

LB da Média

Soil Data

Best Estimate

LB da Média

UB da Média

Lower Bound

Upper Bound

UB da Média

Lower Bound

Upper Bound

35,0

40,0

IMPORTÂNCIA DA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS Emprego dos dados obtidos com o levantamento geotécnico nos projetos de dutos submarinos: a) Definição da rota do duto; b) Definição de coeficientes de atrito (longitudinal e vertical): Dimensionamento de base guincho para arraste de duto; Dimensionamento de equipamentos para enterramento do duto ou para execução de furo direcional nos shore approaches; Dimensionamento de vãos livres para verificação da estabilidade estrutural do duto; Análise termodinâmica – Alças de deformação. c) Dimensionamento de fundação de estruturas apoiadas no fundo marinho; d) Dimensionamento de ancoragem de risers; e) Definição da técnica a ser empregada no shore approach (enterramento, furo direcional, micro‐túnel, etc).

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS As falhas estruturais dos dutos associadas à ação do solo, são em geral proveniente da interação solo‐duto, causadas pela movimentação vertical e/ou horizontal do solo de fundação, seja esta causada por recalque ou por deslocamento horizontal do maciço. Podem ser: Flexão lateral do duto no caso de movimentação de solo na direção transversal à geratriz do mesmo; Flambagem lateral ou vertical global no trecho comprimido do duto devido à movimentação do solo na direção longitudinal à geratriz do mesmo; Desenvolvimento de trações elevadas com desenvolvimento de corrosão sobre tensão, no caso de movimentação do solo na direção longitudinal à geratriz do mesmo e/ou flexões elevadas por deslocamento lateral ou vertical do solo; Flexão vertical no caso de recalque ou subsidência de solos de fundação; Fambagem local do duto proveniente de cargas axiais induzidas por compressão e/ou flexão; Mossas causadas pela interação com rochas ou materiais mais rígidos;

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS Cisalhamento causado por movimentação relativa de falhas geológicas ativas; Puncionamento do duto por rochas pontiagudas e com dureza elevada; Arraste e perda de sustentação em trechos de travessias de rios induzidos por enxurradas ou em trechos de zonas de arrebentação.

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS O PID recomenda inspeção sistemática submarina, com objetivo de investigar:

Deslizamento de talude Trinca Recalque Depósito de detritos Exsudação de fluidos Exposição do arrebentação)

duto

Erosão Soterramento do duto Descalçamento do duto

(zona

de

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS Tipos de obra de estabilização:

Calçamento Proteção mecânica Enterramento Escavação Substituição de trecho Mudança de rota

ALOÉSIO DRÖSEMEYER E-MAIL: [email protected] FONE: 21 8166-9454

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F

Coesão aparente

Ângulo de atrito interno

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA O que se quer evitar?

ACIDENTES!!

Fonte: Daniel Stanger / TRANSPETRO

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F

La Conchita, Califórnia - 1995

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA s o 4 l 0 o i r R 0 t 2 n L ; o S e c I e L d X I . n J a s a t m n o e H m : n e o r t i n v o n F e ; s e d i l s d n a l e n i r a m b u S

2. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE GEOTECNIA M ECANISM O DE RUP TURA

Peso

O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F

Resistência

Queda na resistência do maciço Aumento no peso do solo


O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

Erosão em leito de rio

: e t n o F

Voçoroca

Ravinas


Erosão interna ‐ “piping” Quando o lençol d’água aflora ‐ surgências, ele pode trazer consigo partículas de solo, formando “tubos de espaço vazio” dentro do solo. O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F


Corrida de detritos ‐ avalanche O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F


Deformação lenta – rastejo, “creep”

Indícios de rastejo O R T E P S N A R T / r e g n a t S l e i n a D

: e t n o F


Queda de blocos

Fonte: Daniel Stanger / TRANSPETRO


Cânions e ravinas

S A R B O R T E P / I D E

: e t n o F

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Controle de qualidade de amostras a bordo de embarcação S A R B O R T E P / I D E

: e t n o F


Torvane


Penetrômetro de Bolso

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Lâmina Petrográfica – Granada-Biotita Gnaisse


Mini Vane








3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Amostrador de Gravidade







Ensaio de Palheta (Vane Shear Test)


Ensaio de Palheta

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Aquisição de dados geotécnicos para shore approach

3. LEVANTAMENTO DE DADOS GEOTÉCNICOS Relatório de bordo


NOME DO FURO

NSPT COORDENADAS


4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS

ROV

1.5 1.0 0 . 5

1.5 1.0 0 . 5

Vãos livres

S A R B O R T E P / I D E


Fundação de PLEMs Fundações de Jaquetas

4. IMPORTÂNCIA DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS T

heave

offset ondas

M

surge corrente flexjoint

riser

El

riser

peso submerso

raio mínimo “touchdown” To

fundação

fundação

RAISER (“TOUCH DOWN POINT” VARIÁVEL)


• FPSO Anchors Loading turret

Flexible risers

suction anchor pile

template foundations

riser bases


Fonte: L. Picarelli, A. Mandolini e G. Giusti, ;2004 Interaction between slow active landslides and pipelines IX ISL Rio


Efeitos da movimentação da encosta em um duto enterrado

Fonte: L. Picarelli, A. Mandolini e G. Giusti; 2004 Interaction between slow active landslides and pipelines IX ISL Rio

CURSO GEOTECNIA 2011

Recommend Documents