l---co"
hidráuliec~
hocto interne (ponta)
( b)
externe
penetreçio porca aedide dG rnis-tincio de p0111tt11
... , ....
{o)
FIGURA 88 Ensaio de penetração contínuo
de aproximadamente 25 em, e a resistência de ponta,quan do se crava somente a ponta móvel do cone num compri~
mento de 4cm, aproximadamenté.
A cada 30cm de profundidade, portanto, podem-se ter va lores das resistências lateral e de ponta, que, lança~
do em um gráfico, "versus" a profundidade toma o aspec
to da Figura 89.
-Analisando-se as variações relativas das resistências especificadas de ponta ~ la ter;il, pode-se ter uma idéia da natureza dos solos prospectados. O Quadro X seguin-te dá uma forma de inseguin-terpretação dos solos atravessa-dos, pela cravação do penetrômetro.
No ensaio de cone, o processo de cravação cria em t~:
n~ d<J._p_on_ta...n.í\[_eis_d_e_t_e~s .. ao_mu~_t__o_~l evados_~y~t en:: ...
soes nQ_cisalhamento estao muito alem dos n~veis encon trados __ r_o_tine..i.r_a]llen_t_e__nas.Qbras c i vis. Neste-processo,
·coexistem f~nÔ!llenos de compressao""'~-~~Ct:~li!:fj>()r
·c-í-·salhame!J.Jó. ·
_·-:-os--::aados. obtidos no ensaio do cone., quando .. usados em correlações, fo_rnec~m_b_Q.a2-indicações da_s_p_r:_o_p_r.i_~d .. ª-.des ão solo como: ângulo de atrj,_l:o interno de areias, coe-s ao e consistências_das_az:gilas·.-·ra~s dados· sao:=fi'Cl..l--llleiit'eutiEzâveis--no dimensiona-mento de estaca-s
crava--aas:---,--- ... - .. - ... ___________________ _
5.3 - Ensaio Pressiométrico
O ensaio pressiométrico foi desenvolvido pelo engenhel ro francês Mernard, com o objetivo de medir o módulo de elasticidade e aresistência .. ao cisãl-hamen:t-o----d-<;:5-=S:O ToSe~!laS'S:nsiiü··:
·
O aparelho compoe~se de uma célula que é introduzidaem furos de sondagem, e está ligada a um aparelho de medi da de pressões e volume. A Figura 90 representa um es-quema do pressiômetro de Menard.
A cé1ula ê constituída de três elementos metálicos va-zados, cujas paredes sâo vedadas por uma membrana de
SONDAGEM RESISTÉNC!A DE PONTA Rc. k9ffem2
'100 200
1
7õ i!i-'=.'+UlC'#'!-Lif+L.LI..i-:j
12
2000 ATRITO LATERAL RJ.. lo::g
FIGURA 89 Resultado de um ensaio de penetração contínuo
monõmatl"o
FIGURA 90 Esquema do Pres.s:3r:-,etro
QUADRO X - Varia~ões de Resistincia no Ensaio de Penetração Continua
A Resis~cncia de Ponta Oiminu i
A Resisti~cia de Ponta Constante
A Resistência de Ponta Cresce
O Atrito Lateral Diminui - ~ ponta entra numa camada de solo solto, arrastando o solo sobrejacente aren~
so ou de argila mole,
~feito da anterior deslo-cação dum bloco sÓlido, - A ponta penetra numa arg!
la senslvel,amostrando so lo d~ camada superior.
Solo·arenoso relativamen-te compacto, provocando a formação dum bulbo cujas linhas de deslizamento se viram para a parte supe-rior,
- Se mo de radamen te: idem an terior.
• Se ~uito rapidamente: blo c6s c~lldid~s pela ponta, o que tende a criar um va zio, que se preenc~e nat~
r a lmente·, se o solo for coe sivo.
Atrito Lateral Consta~te
- So 1 o si !toso, pouco co·m-pacto, reduzindo de com-pacidade.
.Areias e seixos pouco compactos.
Turfas e siltes pouco co~
pactos, não variando de consistência e compaci~!
de.
Tur.fas e si 1 tes pouco CO!!!
pactos, aumentando de r!
sistincia e compacidade.
O Atrito Laterol Aumenta A ponta penetra num solo menos compacto,
- Argilas
Areias compl'essíveis mas não soltas (finas e parcialmente satura-das),
- Solos aumentando de CO!!!
pacidade (argilosos e arenosos),
- Placas ou bulbos roçan do a haste,
- Bulbos cujas curvas de deslizamento se orien-tHm para cima, na vi-zinhança do tubo.
,
....o
CfJ
2
"
"
E E
"
E
.
.
E .:! o>
.
"O
o
•o <>
o o >
109 borracha. Mediante um dispositivo de injeção de água, situado na superfície do terreno, a membrana é solici-tada, expande-se, e pode atingir até o dobro de seu vo lume inicial. Os elementos das extremidades, chamados:
de elementos de guarda, são inflados com gás carb6ni-co, a uma pressão igual ao do elemento central, para reduzir o efeito do topo. O elemento central recebe um volume aproximado de cerca de 700 a 750 cm3 de água. O efeito da aplicação da água na célula central produz uma pressão radial nas paredes do furo. A carga é apli cada em estádios, e, para cada um, registra-se a defor mação correspondente.
o
processo desenvolve-se atéa
ruptura do solo.
Pode-se, a partir dos pares de valores pressão aplica-da "versus" variação de volume, traçar um gráfico ten-do o aspecto da Figura 91, em que é possível perceber os seguintes trechos:
1. intervalo da curva em que há reposição das tensões atuantes, na abertura do furo;
2. fase pseudo-elástica;
3. fase plástica;
4. fase de equilíbrio limite.
I I
I I I
eurvo de
~coiÍbroc.Õo
I I I I
pressão aplicado
FIGURA 91 Curva pressão aplicada x variação de volume obtida com o pressiometro
O módulo de elasticidade é obtido na fase pseudo-elãs-tica da curva pela expressão:
E K d v
CTp' . d n
em que o quoc1ente ~ expressa uma variação do volume da membrana com a pressão aplicada, e K é uma constan-te que depende das dimensões da célula~
Com pressiômet~os dotados de c~lulas normais, pode-se chegar a pressoes de 45 Kgf/cm~. registrando um módulo
llO
de elasticidade da ordem de 104 Kgf/cmZ.
D ensaio pressiométrico tem o incoveniente_ de_medi_r_ a :ompress1b1.hdade_._ ~ente-segUf1áo-úm plano horizon-tar, maS, ~exatamente por isso, ~!Jª'r~5:~--~orno um -bom equ!.
parne!lto~-parã meãirãSi_eli~oes-·ho.rizontais em repous_o e lo go·o---co·efrci·ênteJÇ..:
---··~-~-~·~"~---·-~·--6. Processos Diretos
Os métodos diretos de investigação permitem o reconhecimento do solo prospectado, mediante análise de a~ostras provenientes de fur6s executados no terreno, por processos de perfuração expe ditos. As amostras deformadas fornecem subsídios par~ um éxame visual-táctil das camadas, e sobre elas podem-se executar ~aios
de caracterização (teor de umidade, limites de consistência e granulometria). Há ca_sos_ em que é necessária a coleta de annstras indeformadas, para obter-se informações seg~ras sobre o teor de umidade, resistência ao cisalhamento e compressibilidade dos so-los.
Pode-se obter, com os processos diretos, a delimitação entre as camadas do subsolo, a posição do nível do lençol freático e informações sobre a consistência das argilas e compacidade das areias. Nota-se então, que as principais características espera-das de um programa de prospecção são alcançaespera-das com o uso destes processos. Há, em todos eles, o inconveniente de oferecer urna vi são pontual do
subsolo-6.1 - Poços
Os poços são perfurados manualmente, com o auxílio de pás e picaretas. Para que haja facilidade de escava-ção, o diâmetro mínimo deve ser da ordem de 60 em. A profundidade atingida é limitada pela presença do N.A.
ou desmoronamento, quando então se faz necessário
re-vestir o poço. .
Os poços permitem um exame visual das camadas do subso lo e de suas características de consistência e compaci dade, por meio do perfil exposto em suas paredes. Per~
mitem também a coleta de amostras indeformadas, em for ma de blocos.
6.2 - Trincheiras
As trincheiras são valas profundas, feitas mecanicamen
~e com o auxílio de escavadeiras. Permitem um exame v1.
~al contínuo do subsolo, segundo urna direção e, tal como nos poços, podem-se colher amostras indeformadas.
ó.3 - Sondagens a trado
O trado é um equipamento manual de perfuração. Compõe-se de uma barra de torção horizontal conectada por uma luva T a um conjunto de hastes de avanço, em cuja ex-tremidade se acoola uma cavadeira ou uma broca, geral-mente em espiral:
A prosl?ecção por t:rado é de simples ~~ecuç_ã~_, ___ :r:ãp~2:a e economica. No éntanto , .. as 1.nformaçoes obt1das __ sao apenas do t 1po de solo,:_ espes sura_ __ Q.~_ç_ªl!l_<:LcL~-~--_j:J_os içi.o do I enc;:o 1 f.Leá.ticO-.--.As ... amo_s_t:ras _ colh1.das sao .
defor:na-dase--;-
ir~ am- se a ç.iJn.a_do--'-'LA- - '·.Por
se-r vm___p_rQ_C_esso geralmente manual (~J(i_;;_temeq_uipc:.me_ll_tOs mecânicos) e cer:_!os__lÍ_E_(lS_d~ __ ;;E)lQ;; serç;111 ~E: __ pe~
TU._ra,ç-aõ-,n:-_g~.íT;-:-õ:-uso~ d() equipamento t~m suas llm: u -ções. E-o-caso de areias c:Q.lllp_a_ct.as._il_!:gi_~c!~ra
__::___:.:p_y-c!regulllo. A_pr.o.fundidad-e-:-_a1:i_llf~da é da ord_E:m_ (los __ ~-'11·l J J
2 bastante usad~--~~conhecimento preliminar. Q!Í~~í
palmente de áreas de empréstimo.
6.4 - Sondagens a Percussão ou de Simples Reconhecimento 6.4.1 - Introducão
O método de sondagem. à percussão, é o mais em prega do--no-s-r-a·rrJ:-,-pY'ih-c1páTID:ente- em ~p r
ospeC-çao do subsolo para fins de fundação.
Dentre as vantagens que apresenta, podem-se enu merar: o seu ba1xo custo. a simplicidade
Qe
execucão~a__p.os.s_)_bilidad.e_d_e_ç_oJ_her amostra~, a determinacão d~_posição d~ .. l~~l freático e a o b tença o d.S! __ iJ1_f_o.Il!l.aÇ-Õ.e.5-.de .... c.on.s.i.st.ênc.i.a...e ... com-pac i d a_d_e_d..o.s_$.0~0 s .
A sondagem executada por meio de uma perfura-ção no terreno, acompanhada da extraperfura-ção de amos tras, permite, em geral, a obtenção do__2erfil estratigrafico do sub_s_cl_~
6.4.2 - O Equipamento
O equipamento de sondagem, à percussão, é com-posto de um tripé equipado com roldana e sarri lho que possibilita o manuseio de hastes metá~
licas ocas, em cujas extremidades se fixa um trépano biselado ou um amestrador-padrão Figu-ra 92.
FIGUI'IA 92 • 'llltto toro~ 1141 um ctquipo~-pora aondaq~~tm
à
p~arcu11aoNo processo de perfuração, as paredes de furo podem mostrar-se instáveis, havendo a necessi-dade de revesti-las com tubos metálic~s de diâ metro nominal superior ao da haste de cravaçã~
Este tubo metálico ê denominado tubo de reves-timento.
112
Na parte superior do conjunto haste-tubo de re vestimenta, há dispositivos de entrada e saída d'água, conectada, por meio de mangueiras, a um reservatório e a um conjunto motor-bomba.Fa zem ainda parte do equipamento um martelo de Cravação com peso padDonizado (dotado, na bas~
de um coxim de madeira), um mostrador de par~
des grossas e trados-cavadeira e espiral.
6 .4. 3 - Perfuração
A perfuração é feita com um trado-cavadeira até a profundidade do nível d'água ou até que seja necessário o revestimento do furo, por causa da instabilidade de suas paredes. Embora existam em diâmetros de 3", 4" e 6", é o -de 2 1"/2 que se usa com mais freqüência, pelo fa to-de ser o mais econômico e de fácil manuseiü A partir do ponto em que se introduz no furo o revestimento, a perfuraçâo deve pross-eguir ,com o uso de um trado espiral; a cota do N.A. será a profundidade limite desta tecni~a de prospec -ção. Abaixo deste plano faz-se a perfuração por
~ntermédio do processo de lavagem com circula-ção d'água, que permite um avanço rápido do fu ro, sendo por isso preferido pelas equipes de perfuração, em detrimento dos processos manu-ais. Nele, a água é bombeada, para o fundo do furo, através da haste oca e retorna pelo espa ço aneiar existente entre a haste e o tubo de revestimento. O trépano de lavagem bise lado con tém dois orifícios laterais, para a saída d'água e escava o furo nos moviment-os de per-cussão feitos na haste pelo sondador. Os detri tos da escavação são carregados pela água nõ seu movimento ascensional.
O processo de circula~ão de água dificulta a determinação da posiçao do N.A. e altera as ca racterísticas geotécnicas dos solos. Por esta razão, os furos são abertos a trado, até.alcan çar o N.A., e as operações de amostrage~ e~i::
gem que o avanço do furo por_ lavagem seJa 1n-terrompido a cerca de 0,50 m de cota de colhei ta da amostra.
6.4.4 - A Amostragem
A cada metro de profundidade, são colhidas a~
mostras pela cravação dinâmica de amestrado-res-padrão. Estas amostras, são de_f_o_nnad.as _ _ e Erestam-se a ~aracterizaçao dos solos. Os amos tradores são tubos metálicos··a-epare-de grossa-:-com ponta biselada, constituídes de duas meia canas solidarizadas entre as extremidades. Fi-gura 93.
o
sistema de percussão consiste na queda do pe so padronizado de uma altura também padroniza-=da, de forma que a energia de cravação seja sempre constante, durante o processo de amos-tragem.
No Brasil, existem três tipos de amestradores-padrão, __ distinguidos pelas diferentes_ dimen-sões do tubo e pela energia de cravaçao empre-gada.
113
eapoto eergto volvulc de alivio cn gota
FIGURA 93 ' Amestrador Terzoghi
Deve-se ressaltar que a tendência atual é a adoção do amestrador tipo Terzaghi (Figura 93) com vistas ã obtenção da padronização das di-versas:.fases da sondagem e dos equipamentos u-_tilizados. Os amestradores tipo Mohr-Geotécni-ca e IPT foram grandemente empregados no Bra-sil, porém hoje estão quase em desuso.
Nome do Amestrador
Diâmetro Diâmetro Interno Externo (polegadas) (polegadas)
Peso (kg)
Altura de Queda
(em)
Terzaghi-Peck SPT
2 1 3
""""8 65 75
Mohr-Geotêcnica
1 5
""""8 IRP
IPT 1 13 "1.0
1
1 1
-z
65 75
60 75
6.4.5 - Indice de Resistência ã Penetração
Paralelamente ã amostragem do subsolo, pode-se obter o Índice de resistência à penetraçãQ. Na cravação dinam1ca do amestrador, anota-se o nú mero de golpes do martelo necessários, paraefe tuar a cravação de cada 15 centímetros do amos trador.
Para os amestradores tipo TERZAGHI, o índice de resistência à penetração refere-se ao núme-ro de golpes necessários, para a cravação dos Últimos 30 centímetros do amestrador, despre-zando-se os golpes correspondentes à cravação dos 15 centímetros iniciais. Este índice é co-nhecido como SPT. iniciais de sua designaçãoem Inglês, "STANDARD PENETR.tHION TEST".
Para os amestradores Mohr-Geotêcnica e IPT, o
índice de resistência ã penetração refere-seao número de golpes, para cravação dos 30 centíme
tros iniciais.
-O índice de resistência ã penetração, óu núme-ro N, como é comumente chamado, ainda que não seja um ensaio de campo preciso (ele é muitas vezes influenciado por fatores ligados à forma de execução e pelo equipamento empregado), po-de dar uma indicação razoável dos estados de compacidade e consistência dos solos. Os Qua-dros a seguir (Terzaghi Peck, 1948) fornecem a consistência e a capacidade dos solos, em fun-ção de N.
QUADRO XI - Grau de Lompacidade de areias, de acordo com os re-sultados SPT
Número de Golpes N Grau de Compacidade
o -
4 Muito fofa4
-
10 Fofa10
-
30 Média30
-
50 Compacta> 50 Muito compacta
QUADRO XII - Relação entre a consistência das argilas, de acordo com os resultados de SPT
Número de Golpes N Grau de Compacidade
o
-2 -4
-8
-15
>
2 Muito mole
4 Mole
8 Média
15 Rija
30 Muito rija
30 Dura
As correlações existentes entre o índice de re sistência ã penetração e a consistência das ar gilas, principalmente das argilas sensíveis,po dem estar sujeitas a erros grosseiros. em ra~
zão da diferença de comportamento da argila,em face de cargas estáticas e dinâmicas, e ainda pelo fato de o amolgamento da argila destruir sua estrutura, e, conseqúentemente. modifica sua resistência ã penetração.
E
importante notar, como já foi dito. qué a115 resist~ncia ã penetração de. uma camada pode
apresent~r diferentes valores. se sobre ela f~
rem executa&as sondagens por firmas distintas.
H5 erros originados da car~ncia de normali:a7 ção quando se executam sondagens. al~m do~
ad-~indos do estado de conservação dos amestrado-res. Estes, por serem mais dificilmente co~tro láveis. exigem. por parte do engenheiro, maior atenção.
Fatores ligados ã execução da sondagem:
- Erro na contagem do número de golpes.
- Má limpeza do furo.
- Furo não alargado suficientemente, para a li vre passagem do amestrador.
- Variação da energia de cravação.
- Diferentes interações solo-amestrador.
- Emprego de t~cnica de avanço por circulação de ágcia. acima do N.A ..
Fatores ligados ao equipamento:
- Dimensões e estado de conservaçao do amostra dor.
-Estado de conservacão das hastes: uso de has tes de diferentes Õesos.
- Martelo não calibrado ou sem coxim de madei-ra.
6.5 - Sondagem Rotativa
A sondagem rotativa ~ empregada na perfuração de chas, de solos de alta resist~ncia e de matações blocos de natureza rochosa.
ro-ou O equipamento compõe-se de uma haste metãlica rotativ~
dotada, na extremidade, de um amestrador. que dispõede uma coroa de diamante.
O movimento de rotação da haste ~ proporcionado pela sonda rotativa, que se constitui de um motor, de um elemento de transmissão e um fuso que imprime as has-tes os movimentos de rotação. recuo e avanço. A haste é oca e, por injeção de água no seu interior, conse-gue-se atingir o fundo da escavação. por meio de furos existentes no amestrador. Esta água tem a função de re frigerar a coroa e carrear os detritos da perfuração no seu movimento ascensional.
Tal como no processo. à percussão, quando as paredes do furo mostrarem-se instáveis, pondo em risco a colu-na de perfuração, que poderia ficar presa, usa-se um tubo de revestimento metálico, com diâmetro nominal su perior ao das hastes. Em outras ocasiões, emprega-se o revestimento do furo, quando. atravessando camadas per meáveis ou bastante fraturadas, houver grande perda de água de circulação.
As coroas são pecas de aço especial. com incrustaç~s
de diamante ou vÍdia nas suas extremidades. O efeito abrasivo da coroa desgasta a rocha e permite a desciua do furo de revestimento e o alojamento do testemunho, no interior do amestrador.
Dentre os diâmetros mais utilizados em Engenharia Ci-vil, podem-se enumerar:
116
6.6
-Denominação 0do furo (mm) 0 do testemunho (mm)
EX 38 20
AX 49 29
BX 60 41
NX 76 54
Sondagem Mista
A sondagem mista é a conjugação do processo, à percus-são, associado ao processo rotativo.
Quando, por exemplo, nas sondagens à percussão, os pro cesses manuais forem incapazes de perfurar solos de aT ta resistência, matações ou blocos de natureza rocho~
sa, usa-se o processo rotativo como instrumento comple mentar. As sondagens mistas são, ppis, associações dos dois métocos, não importando a ordem de execução.
7. Amostragem
7.1 - Introdução
A Mecânica dos Solos teor1ca apóia-se em característi-cas de comportamento mecânico dos maciços terrosos, me didas em averiguações experimentais em amostras repre~
sentativas. A obtenção de amostras de fato represPnta-tivas tem sido uma preocupação de investi_gadores das mais diversas partes do mundo.
No final da década de 50, entre os congressos de Mecâ-nica dos Solos de Londres (1957) e o de Paris (1961), um grupo de pesquisadores começou a atuar no sentido de dar uma nova dimensão ao problema da amostragem. Es te grupo, o IGOSS - Internacional Group on Soil Sampling-;-surgiu do esforço de alguns pesquisadores que notaram um progresso acentuado nos métodos de cálculo e nas técnicas experimentais da Mecânica dos Solos, sem ter havido um progresso paralelo das técnicas de amostra-gem. Aliás, este fato vem ressaltar uma importante con clusão a que deve chegar o principiante: De que adian~
ta possuir processos de cálculo e técnicas laboratori-ais de alto requinte, se não é possível contar com boas amostras? Toda a potencialidade dos métodos e das téc-nicas perdem-se diante de amostras pouco representati-vas.
A nova tendência da Mecânica dos Solos, a partir do tra balho de IGOSS, é classificar as amostras em cinco ca~
tegorias, distintas:
CLASSE 1: Amostras que não passaram por distorção nem alteração de volume e que, portanto, aprese~
tam compressibilidade e características de cisalhamento inalteradas.
CLASSE 2: Amostras em que o teor de umidade e a cc:.n,pa-cidade não experimentaram alterações, porém foram distorcidas e, portanto, as caracterís ticas de resistência ficaram alteradas. -CLASSE 3: Amostras em que a composição granulométrica,
e o teor de umidade não experimentaram alte-rações, mas a massa específica passou por al teração.
CLASSE 4: Amostras em que a composição granulomfttrica,
117 foi respeitada, mas o t~or de umidade e_ a massa específica experimentaram alteraçao.
CLASSE 5: Amostras em que até na composição granulomé-trica houve alteração, por causa da perda de partículas finas ou por esmagamento das par-tículas maiores.
No decorrer do texto, notar-se-ão quais característi-cas dos solo~ são mais bem obtidas com as diversas classes de amostra. Desde já, pode-se observar que amos tras da classe 5 prestam-se apenas, para dar uma idéia de seqtiência das camadas.
Houve, em seguida, por parte dos investigadores, preo-cupação de conceber tipos diferentes de amestradores, de fato capazes de permitir amostras indeformadas.Estã claro que além do tipo do amestrador utllizado, a ob-tenção de amostras, dentro de determinada classe. é função de outros parâmetros tais como: tipo do solo e de seus estados:de compacidade e consistência, posição do lençol freático, em relação à cota de coleta da amos tra e dos fatores jâ citados, relativos à execução da sondagem.
No dizer de alguns autores, a amostragem indeformada é um ideal almejado, porém jamais alcançado, pois, ainda que se consiga uma amostra que tenha todas as caracte-rísticas da camada. pelo menos o estado de tensão da amostra retirada e sensivelmente diferente daquele que ela possuía, quando pertinente ao maciço.
Folque afirma que a amostra indeformada não está sujei ta ao mesmo estado de tensão que a solicitava "in sitü'' e sugere um procedimento para quantificar esta altera-ção. o qual pode ser visto na ref. 9.
7.2 -Amostras Indeformadas a. Blocos
A coleta de amostras indeformadas, para serem anali sadas em laboratórios, será necessária. quando os dados fornecidos pelos processos de investigação e~
tudados mostrarem-se insuficientes na análi~e dopro blema em foco. São colhidas em amestradores ou em caixas metálicas. As superfícies expostas das amos-tras são parafinadas, e transferidas com cuidado,pa ra os laboratórios e ali armazenadas em câmaras úmi das, até o instante de serem ensaiadas.
Para as amostras superficiais, usa-se a forma de amostragem apresentada a seguir, na Figura 94.
Em camadas subsuperficiais. situados acima do N.A., os poços e as trincheiras permitem a coleta de amos tras indeformadas. em forma de blocos e anéis.
As sondagens de simples reconhecimento. quando exe-cutadas com diâmetro de 4" e 6". possibilitam tam-bém a coleta de amostras indeformadas.Exige-se, nes te caso, o uso de amestradores especiais e um pro~
cesso de cravação em que o amestrador ê forçado co~
tra o terreno, num movimento contínuo e rãpido com o auxílio de um dispositivo de reação no revestimen
to ou com macaco hidráulico.
-b. Amostras Especiais
Em solos coesivos e de consistência de mole a ~édia