CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ANANDA AGUIAR CAMILA DUARTE FERNANDA CARVALHAL JOSIANA PORTO JULIETH COLODETTI KELLY PECINALLI NATÁLIA NATÁLIA NEVES NE VES OSMÁRIO WANDERLEI PAMELA LIMA VANESSA SILVA
TRABALHO 2º SEMESTRE DE GEOTECNICA ASSUNTO: SONDAGEM SPT, TÉCNICAS CROSS-HOLE E SONDAGEM ROTATIVA
VITÓRIA – ES JUNHO / 2015
SUMÁRIO 1
INTRODUÇÃO ..........................................................................................................3
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SONDAGEM SPT......................................................................................................4 2.1
DEFINIÇÃO E OBJETIVO...................................................................................4
2.2 APLICAÇÕES ..................................................................................................... 4
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TÉCNICAS CROSS-HOLE........................................................................................8 3.1
DEFINIÇÃO E OBJETIVO...................................................................................8
3.2 APLICAÇÕES DINÂMICAS E ESTÁTICAS ........................................................ 9 3.2.1
Aplicações dinâmicas: .................................................................................. 9
3.2.2
Aplicações Estáticas: ....................................................................................9
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SONDAGEM ROTATIVA .........................................................................................11
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CONCLUSÃO.......................................................................................................... 15
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................16
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1
INTRODUÇÃO
As obras civis só podem ser convenientemente projetadas depois de um conhecimento adequado da natureza e da estrutura do terreno em que serão implantadas. O custo de um programa de prospecção geotécnica está entre 0,5 e 1,0% do valor total da obra. Este é um custo relativamente baixo, não sendo justificado ignorá-lo. A capacidade de carga de um solo e a deformabilidade de suas camadas não são constantes. Sob os efeitos de cargas externas, todos os solos, em maior ou em menor proporção, se deformam. Quando tais deformações forem diferenciadas ao longo das fundações, tensões de grande intensidade serão introduzidas, podendo causar deformações na estrutura da edificação e o aparecimento de trincas, comprometendo sua estética, estabilidade e durabilidade. Em função da dificuldade de se prever a real distribuição de pressões em um terreno, o estudo correto de sua capacidade de carga e dos reca lques diferenciados somente pode ser feito com um programa de investigações de campo, realizado por meio de sondage ns de reconhecimento. Dessa forma, o resultado das sondagens possibilita a opção pelo tipo de fundação mais adequado e pelas exigências de seu dimensionamento ou, até mesmo, pela necessidade de estudos geológicos mais aprofundados.
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SONDAGEM SPT
2.1
DEFINIÇÃO E OBJETIVO
A sondagem à percussão é também chamada de “simples reconhecimento” ou, ainda, de “sondagem SPT”, sigla esta originada da abreviação dos termos ingleses Standard Penetration Test , ou seja, Teste de Penetração Padrão. É o ensaio mais utilizado na
maioria dos países. No Brasil foi normatizado pela ABNT NBR 6484 “Solo – Sondagens
de simples reconhecimento com SPT – Método de ens aio” Este método permite na determinação do perfil geológico e da capacidade de carga das diferentes camadas do subsolo, a coleta de amostras destas camadas, a verificação do nível do lençol freático, a determinação da compacidade ou consistência dos solos arenosos ou argilosos, respectivamente, e também a determinação de eventuais linhas de ruptura que possam ocorrer em subsuperfície. Entre as vantagens de sua utilização estão: custo relativamente baixo; permite coletar amostras de diferentes profundidades; fácil execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso.
2.2
APLICAÇÕES
Em cada ponto de sondagem, monta-se uma torre (tripé), com altura em torno de 5 metros e um conjunto de roldanas e cordas, que auxiliará no manuseio da composição de hastes por força manual. Uma amostra a zero metro é coletada, e inicia-se a escavação com um trado manual; na base do furo apoia-se o amostrador padrão acoplado n a haste de perfuração vertical com diâmetro normal de 2,5" (63,5mm); marca-se na haste, com giz, um segmento de 45cm, dividido em trechos iguais de 15cm; ergue- se o martelo padronizado ou “peso batente” de 65kg até a altura de 75cm e deixa-se cair em queda livre sobre a haste.
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Tal procedimento é repetido até que o amostrador penetre 45cm do solo; a soma do número de golpes necessários para a penetração do amostrador nos últimos 30cm é o que dará o índice de resistência do solo na profundidade ensaiada (NSPT). Caso o ensaio seja com torque (SPT-T), retira-se a cabeça de bater e acopla-se o adaptador de torque, para verificação das leituras dos torques máximo e residual, medidos em Kgf.m, com auxílio de um torquímetro. Nas operações subsequentes de perfuração, intercaladas às operações de amostragem, utiliza-se o trado cavadeira ou o helicoidal (espiral) até atingir o nível d’água ou até que o avanço seja inferior a 5cm após 10 minutos de operação; nestes casos, passa-se ao método de perfuração por circulação de água (lavagem), utilizando-se um trépano como ferramenta de escavação, com bomba d’água mot orizada para remoção do material.
O avanço com trado é feito até atingir o nível de água ou então algum material resistente. Daí em diante, a perfuração continua com o uso de trépano e circulação de água, processo denominado de “lavagem”. O trépano é uma f erramenta 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 30cm, 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 se apresenta pouco coeso é instalado um revestimento metálico de proteção (tubos de revestimento). A sondagem prossegue assim até a profundidade especificada pelo projetista (que se baseia na norma), ou então até que a percussão atinja material duro como, por e xemplo, rocha, matacões, seixos ou cascalhos de diâmetro grande, ou no lençol freático.
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Durante a perfuração, a cada metro de avanço é feito um ensaio de cravação do amostrador no fundo do furo, para medir a resistência do solo e coletar amostras. Esse ensaio, denominado ensaio de penetração, ou ensaio SPT, é feito com equipamento e procedimento padronizados no mundo todo, para permitir a correlação de seu resultado com a experiência consolidada de muitos estudos feitos no Brasil e no exterior. As amostras coletadas a cada metro são acondicionadas em recipientes, etiquetadas e enviadas ao laboratório para análise tátil-visual por geólogo especializado. As amostras extraídas recebem classificação quanto às granulometrias dominantes, cor, presença de minerais especiais, restos vegetais e outras informações relevantes encontradas. A indicação da consistência ou compacidade e da origem geológica da formação, complementa a caracterização do solo. No relatório final constará a planta do local da obra com a posição das sondagens e o perfil individual de cada sondagem e/ou seções do subsolo, indicando a resistência do solo a cada metro perfurado. Se o solo for muito mole, anota-se a penetração do amostrador, centímetros, massa é
em quando
a
simplesmente
apoiada sobre o ressalto. A medida correspondente à penetração simples
obtida
apoio,
ou
por
Amostrador
padrão
para
ensaio
SPT.
A
padronização internacional
permite
comparações entre estudos feitos em diversas partes do mundo.
zero
golpe, pode ser expressiva em solos moles. Na penetração por batida da massa contase o número de golpes aplicados, para cada 15cm de penetração do amostrador. As diretrizes para a execução de sondagens são regidas pela NBR 6484, "Execução de
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Sondagens de simples reconhecimento", a qual recomenda que, em cada teste, deve ser feita a penetração total dos 45cm do amostrador ou até que a penetração seja inferior a 5cm para cada 10 golpes sucessivos. A cada ensaio de SPT prossegue-se a perfuração (com o trado ou o trépano) até a profundidade do novo ensaio.
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3
TÉCNICAS CROSS-HOLE
3.1
DEFINIÇÃO E OBJETIVO
O ensaio entre furos, conhecido como crosshole, é uma aplicação do método sísmico para a determinação das velocidades de propagação das ondas sísmicas compressionais (P) e cisalhantes (S) nas diferentes camadas do terreno, e, consequentemente, para a determinação dos parâmetros elásticos dinâmicos do maciço. Esta técnica consiste na geração de ondas longitudinais e cisalhantes em um furo de sondagem no maciço e o registro da onda transmitida diretamente pela camada até um ou mais furos de sondagem paralelos ao primeiro. Desta forma, se obtém uma medida direta da velocidade de propagação das ondas P e S “in situ”, para as condições naturais
de umidade e confinamento. As ondas P (ondas primárias ou compressionais) têm um movimento de empurrar e puxar, fazendo com que as partículas da rocha se movam para frente e para trás e podem atravessar sólidos, líquidos ou gases. As ondas S (ondas secundárias, de cisalhamento, laterais ou transversas) fazem com que as partículas se movam de lado a lado. O movimento delas é nos ângulos corretos para a direção em que a onda está rumando. Elas não passam por líquidos. Este método tem sido utilizado em obras de engenharia civil, uma vez que determina o valor do módulo de rigidez G “in situ”, amostrando um volume razoável do maciço,
aplicando baixíssima deformação ao maciço, em contraposição aos ensaios estáticos. Uma limitação que tem sido apontada como justificativa para sua pequena utilização em obras de engenharia de médio porte (e.g. edifícios, plantas industriais, pequenas barragens, etc.) é o custo considerado elevado para tal ensaio, uma vez que, com os instrumentos usuais, exige a perfuração de furos de sondagem de diâmetro especial, onerando, consequentemente, o custo final da obra. Este trabalho apresenta o projeto e resultados obtidos com uma fonte sísmica capaz de gerar ondas P e S em furos de
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sondagem com diâmetro convencionalmente utilizado em obras civis nas fases de investigação dos maciços (ensaios SPT). Testes em situações de campo têm mostrado que, sua operação em conjunto com sensor triortogonal, também de pequeno diâmetro, tem atendido às necessidades em termos de energia e discriminação entre os tipos de ondas.
3.2
APLICAÇÕES DINÂMICAS E ESTÁTICAS
3.2.1 Aplicações dinâmicas: Quando uma determinada estrutura vai estar submetida a alguma solicitação dinâmica, como por exemplo: terremotos, tráfego, vibração de maquinário, etc., é importante se determinar os parâmetros elásticos das fundações para verificar sua resistência a este tipo de tensão. Como exemplo pode-se citas as construções que abrigam algum tipo de atividade nuclear, que segundo legislação internacional, são obrigadas a terem determinados parâmetros elásticos dos materiais de fundações, para verificar a sua resistência frente a terremotos.
3.2.2 Aplicações Estáticas: Os ensaios sísmicos para determinação dos parâmetros elásticos possuem uma série de vantagens, como: são ensaios “in situ”, não necessitando a retirada de amostras do terreno para ensaios em laboratório. São ensaios não destrutivos, São ensaios de características não pontuais. Portanto, ele está sendo utilizado no estudo de fundações que sofrerão apenas solicitações de tensões estáticas, como por exemplo: barragens, grandes edifícios, etc. Neste caso ele determinara o denominado parâmetro elástico máximo do local da fundação, uma vez que o ensaio sísmico é o que menor deformação causará durante o
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ensaio, como mostra a figura a seguir, onde o Emax é determinado pelo ensaio crosshole. O que se busca então é correlacionar o ensaio sísmico com um outro ensaio convencional, SPT por exemplo, e desta maneira obter dados que serão melhor relacionados com o projeto.
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SONDAGEM ROTATIVA
A Sondagem Rotativa é um método de análise do solo que utiliza um conjunto motomecanizado para obter materiais rochosos contínuos e com o formato cilíndrico a partir das forças de penetração e rotação que atuam com poder cortante. Esse método é identificado pela sigla SR, seguida de um número de indicação. Para a identificação dos furos, cada um deve possuir uma numeração distinta e de ordem crescente, independentemente do local, fase ou objetivo da sondagem, e caso seja necessário efetuar um novo furo em um ponto de investigação aberto, estes furos deverão possuir mesma numeração com sufixo alfabético em ordem crescente, por exemplo a SR-001 e SR-001A. É conhecida também como Sondagem Mista quando executada em conjunto com a SPT, pois quando esta atinge um obstáculo impenetrável, impedindo a análise das propriedades do solo, se faz necessário a execução da sondagem rotativa. Tal obstáculo é vencido por meio de um amostrador com uma broca rotativa (diamantada ou pedra de vídea) acoplada na extremidade de uma haste oca. O tipo de broca é escolhido em função da resistência da rocha e do diâmetro a ser perfurado. Um motor elétrico ou de combustão é o responsável por fornecer o movimento rotativo, transmitindo torque à broca. À medida que a perfuração avança, hastes e revestimentos (tubos de aço) são acoplados ao conjunto por enroscamento. O furo é dado como concluído assim que atingir cinco metros de profundidade da rocha. Existem normas que padronizam as dimensões e nomenclaturas com o objetivo de promover uma linguagem uniforme que permita a acessibilidade da infor mação, o padrão DCDMA (americano) e o métrico (europeu); sendo que no Brasil é amplamente utilizado o padrão DCDMA.
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Diâmetros de sondagens mais utilizados.
Esquema de sondagem rotatória (Google Imagens)
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Testemunhos (Google Imagens)
Sondagem Rotativa em uso no campo
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Caixa de testemunhos para Sondagem Rotativa e SPT
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CONCLUSÃO
Qualquer que seja o porte da obra, a sondagem representa um valioso recurso para ser empregado na tomada de decisões como a escolha do tipo de fundação que será utilizado, com influência direta nos padrões de segurança, qualidade e economia. O terreno fica melhor representado em superfície e também em profundidade, permitindo uma melhor visualização e interpretação do relevo, podendo, assim, analisar a ocorrência dos diversos tipos de solo conforme a morfologia do terreno. Assim, esta base de dados muitas vezes pode auxiliar na estimativa do tipo e características da fundação a ser usada.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
NBR 6484-1980. Execução de Sondagens de simples reconhecimento dos solos. NBR. Associação Brasileira de Normas Técnicas. VELLOSO, D.A.; LOPES, F.R. Fundações. COPPE/UFRJ. p 290, 1996. Disponível em Acessado em 10 de junho de 2015 às 20h00. Disponível em Acessado em 10 de junho de 2015 às 20h39. Disponível em Acessado em 10 de junho às 17h22.
