UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA MARIA EDUARDA SPONHOLZ LEAL
PRISCILA CHINI
A IMPORTÂNCIA DO USO DA SONDAGEM EM PROJETOS DE FUNDAÇÕES
Palhoça 2020
1 MARIA EDUARDA SPONHOLZ LEAL
PRISCILA CHINI
A IMPORTÂNCIA DO USO DA SONDAGEM EM PROJETOS DE FUNDAÇÕES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel.
Orientador: Profa. Fernanda Soares de Souza Oliveira, M.sc.
Palhoça 2020
3 AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, pela saúde е força, para superar as dificuldades durante este período de luta.
Aos meus professores, que repassaram seus ensinamentos, em especial a nossa orientadora, Prof.ª Fernanda Soares de Souza, pela ajuda, e por compartilhar seu conhecimento, para a conclusão deste trabalho.
A Construtora que nos forneceu os dados possibilitando a realização deste estudo.
Aos meus pais, José e Magali, pelo exemplo de vida, de força e superação. Aos meus sogros José e Terezinha e a minha cunhada Andreza e sua família pelos cuidados com o meu bem mais precioso, minha filha nos momentos em que me dediquei a este estudo.
A minha querida Paula, que de maneira muito especial contribuiu para nosso trabalho.
A minha amiga e colega de TCC Maria Eduarda, pelos momentos compartilhados, muitos deles divertidos, pela troca de conhecimentos e vivências, e pela ajuda durante todo o caminho percorrido e espero que nossa parceria prospere para a vida.
Ao meu esposo Anderson e minha pequena e amada Isabeli, por serem meu porto seguro, meu pilar, meu apoio, a razão da minha força de vontade, para lutar e seguir meu caminho profissional.
E espero um dia poder recompensar toda a ajuda recebida destas pessoas, muito queridas e especiais para mim, muito obrigado!
4 AGRADECIMENTOS
Um agradecimento especial aos meus pais por toda compreensão e paciência demonstrada ao longo do curso. Por me incentivarem e me compreenderem ao longo desta caminhada, sempre me ajudando a continuar em busca dos meus objetivos e me apoiando em todos os momentos.
Um agradecimento especial a Cris e ao Luís por todos os conselhos dados durante esta etapa, e mesmo longe se fazendo sempre presentes.
Meu sincero agradecimento a minha dupla e amiga Priscila Chini por tornar incansáveis horas de trabalho mais leves e divertidas. Sou muito grata por este projeto, e por outros que estão por vir, com essa parceira que conheci no final de minha graduação e levarei para vida.
Agradecimento especial a todos os professores pelo compartilhamento de seus conhecimentos e a todos os funcionários da Unisul que tornaram minha graduação possível.
Um agradecimento especial á nossa professora orientadora, Eng. Fernanda Soares de Sousa Oliveira, Msc por sua sabedoria, ajuda e conselhos.
Agradeço aos meus amigos que me ajudaram e acompanharam ao longo desta jornada, em especial a Isabela, a Julia, e a Elisandra.
Agradeço a construtora por nos passar todos os dados necessários para realização deste estudo de caso.
5 "Seja você quem for, seja qual for a posição social que você tenha na vida, a mais alta ou a mais baixa, tenha sempre como meta muita força, muita determinação e sempre faça tudo com muito amor e com muita fé em Deus, que um dia você chega lá. De alguma maneira você chega lá."
6 RESUMO
O reconhecimento do subsolo para o dimensionamento de fundações de uma obra civil é de extrema importância, visto que as avaliações geológico-geotécnicas proporcionam maior assertividade e confiabilidade no projeto. No Brasil, o Standard
Penetration Test (SPT) é a ferramenta mais utilizada para investigação de solo,
permitindo identificar a densidade de solos granulares, a consistência de solos coesivos, a presença de rochas, além do nível de água no terreno. Outro estudo, que está cada vez mais sendo realizado, é a sondagem Geofísica Elétrica. Esta sondagem possibilita a para investigação de blocos rochosos, e sua integração aos dados de sondagens mecânicas, vem contribuindo efetivamente para a caracterização da subsuperfície. Este trabalho tem por objetivo ressaltar a importância do uso das sondagens para obras de fundação, avaliando os possíveis ganhos de informações obtidas através da complementação da campanha da sondagem SPT por meio da sondagem geofísica. Utilizou-se como objeto de estudo de caso, a obra de um empreendimento comercial localizado em Florianópolis às margens da SC-401. Durante execução das estacas constatou-se uma possível interferência, e através da sondagem geofísica pôde-se identificar a ocorrência de matacões que não foram previamente verificados nas sondagens SPT. Consequentemente foi-se necessário alterar o projeto de fundações. Elaborou-se perfis de análise baseados nas informações das campanhas de sondagem, realizou-se a interpretação da correlação das mesmas, além de, um comparativo entre o projeto de fundação inicial e o executado, buscando quantificar a mudança com o reforço da fundação. Com isso, verificou-se que o projeto teve um acréscimo médio de 408,5 metros de estacas hélice contínua, aumentando sua capacidade de carga em 3.308 Tf. Portanto, foi possível concluir que a realização de sondagens de reconhecimento do solo para projetos de fundações é imprescindível, e que o uso da SPT aliada a Geofísica mostrou-se um método eficaz para a determinação do solo heterogêneo, possibilitando a caracterização da subsuperfície com maior precisão, permitindo a identificação do posicionamento e da profundidade dos blocos de rocha presentes na região.
7 ABSTRACT
In civil engineering, the recognition of the subsoil is essential for dimensioning foundations once the geological-geotechnical assessments have a major impact on the safety and reliability of the project. The most commonly used process to perform soil investigations in Brazil is the Standard Penetration Test (SPT), which allows the identification of density of granular soils, consistency of cohesive soils, and the presence of rocks, besides water levels underground. Another widely spread method that has gained popularity is the Geophysical survey for the investigation of rock blocks, which combined with data from mechanical surveys has been effectively contributing to the characterization of the subsurface. This work aims to emphasize the importance of conducting soil surveys for foundation works and to evaluate the gain of information that can be obtained from combining SPT survey campaigns with geophysical surveys. It consists of a case study, from the construction site of a commercial enterprise, located in Florianópolis, Santa Catarina, near SC-401. The study involves bibliographical research on soils, foundations, and executive methods of drilling. Based on information acquired from drilling campaigns, analysis profiles were developed, and the correlation between such campaigns was evaluated. In addition to that, a comparison between the initial and the executed foundation project was made, aiming to quantify the changes in the strengthening of the foundation. It was found that the project had an average increase of 408.5 meters of auger cast piles, increasing its load capacity by 3,308 Tf. That brings to the conclusion that the proper conduction of soil recognition surveys is essential for foundation projects, and the use of SPT combined with Geophysics, provides an effective method to determinate heterogeneity of soil, allowing to characterize the subsurface with greater precision and to identify the position and depth of the rock blocks present in the area.
8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Esquema dos horizontes e sub-horizontes de formação dos solos ... 19
Figura 2 - Processo de formação dos solos. ... 20
Figura 3 - Como materiais de origem são formados, transportados e depositados. . 21
Figura 4 - Classificação das partículas. ... 23
Figura 5 - Curva Granulométrica. ... 24
Figura 6 - Diferenças Granulométricas ... 24
Figura 7 - Gráfico de plasticidade de Casagrande. ... 27
Figura 8 - Esquema do Piezômetro de Tubo Aberto ou Casagrande ... 30
Figura 9 - Equipamento de Sondagem ... 32
Figura 10 - Exemplo de relatório de SPT. ... 34
Figura 11 - Exemplo do métodos de cálculo para RQD. ... 35
Figura 12 - Seção GPR ... 37
Figura 13 - Perfil esquemático de um levantamento utilizando o método de Eletrorresistividade. ... 38
Figura 14 - Perfil de Sondagem Geofísica – Método de Eletrorresistividade. ... 39
Figura 15 - Classificação dos principais tipos de estacas pelo método executivo ... 43
Figura 16 - Formato de Estacas de Concreto... 44
Figura 17 - Emenda de estacas pré-moldadas por luvas de aço (a) soldadas e (b) encaixadas. ... 45
Figura 18 - Anel metálico que recebe a solda da emenda das estacas. ... 45
Figura 19 - Sequência executiva da Hélice Contínua ... 47
Figura 20 - Tipos de trados e lâminas de corte. ... 47
Figura 21 - Sequência executiva de estaca Raiz. ... 48
Figura 22 - Fluxograma das etapas da pesquisa. ... 50
Figura 23 - Mapa de Localização. ... 52
Figura 24 - Regiões Furo de Sondagem ... 53
Figura 25 - Perfil de solo 01 baseado na sondagem SPT. ... 56
Figura 26 - Perfil de solo 02 baseado na sondagem SPT. ... 57
Figura 27 - Perfil de solo 02 baseado na sondagem SPT. ... 58
Figura 28 - Locação das Linhas da Sondagem Geofísica e SPT. ... 59
9
Figura 30 - Linha B - Sondagem Geofísica ... 60
Figura 31 - Linha C - Sondagem Geofísica ... 61
Figura 32 - Linha D - Sondagem Geofísica ... 61
Figura 33 - Linha E - Sondagem Geofísica ... 62
Figura 34 – Distância entre a Sondagem Geofísica e SPT. ... 63
Figura 35 - Linha A x SPT-08 ... 64
Figura 36 - Gráfico comparativo Linha A x SPT-08. ... 65
Figura 37 - Linha B x SPT-08 ... 66
Figura 38 - Gráfico comparativo Linha B x SPT-08 ... 67
Figura 39 - Linha C x SPT-09 ... 68
Figura 40 - Gráfico comparativo Linha C x SPT-09 ... 69
Figura 41 - Linha D x SPT-06 ... 70
Figura 42 - Gráfico comparativo Linha D x SPT-06. ... 71
Figura 43 - Linha E x SPT-07 ... 72
Figura 44 - Gráfico comparativo Linha E x SPT-07 ... 73
Figura 45 - Preparação do solo para retirada das rochas ... 74
Figura 46 - Preparação do solo para retirada das rochas. ... 75
Figura 47 - Blocos de rocha encontrados. ... 76
Figura 48 - Blocos de rocha encontrados. ... 76
Figura 49 - Blocos de rocha encontrados. ... 77
Figura 50 - Rochas a serem implodidas. ... 78
Figura 51 - Detonação dos blocos de rocha. ... 78
Figura 52 - Detonação dos blocos de rocha. ... 79
Figura 53 - Estaca hélice continua para perfuração do solo ... 80
Figura 54 - Montagem dos blocos de fundação. ... 80
Figura 55 - Blocos de fundação executados. ... 81
Figura 56 - Planta do projeto inicial ... 82
Figura 57 - Planta do projeto executado. ... 83
Figura 58 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P7A, P8A e P9A. .. 85
Figura 59 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P10A e PJ2. ... 86
Figura 60 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P11A, P12A e P13A. ... 87
10 Figura 61 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P14A, P15A e P16A.
... 88
Figura 62 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P17A, P18A e PJ3. ... 89
Figura 63 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P19A e P20A. ... 90
Figura 64 - Croqui do Projeto Inicial (a) e Execução (b) - Blocos P22A, P23A e PJ4. ... 91
Figura 65 - Análise aprofundada do SPT-08 e Bloco P3A. ... 93
Figura 66 - Análise aprofundada do SPT-08 e Bloco P8A. ... 94
Figura 67 - Análise aprofundada do SPT-06 e Bloco P18A. ... 95
Figura 68 - Análise aprofundada do SPT-08 e Bloco P4A ... 96
11 LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Classificação dos solos ... 33
Tabela 2- Índice de qualidade da rocha - RQD ... 36
Tabela 3 - Faixas de variação da Resistividade dos solos mais comuns. ... 39
12 LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Classificação SUCS. ... 26 Quadro 2 - Classificação TRB. ... 28 Quadro 3 – Levantamento quantitativo de estacas Projeto x Execução. ... 92
13 LISTA DE SIGLAS
ABCP: Associação Brasileira de Cimento Portland
ABGE: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
CE: Caminho elétrico
DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte GPR: do inglês Ground Penetrating Radar
IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
MASW: do inglês Multichannel Analysis of Surface Waves NBR: Norma Brasileira
RQD: do inglês Rock Quality Designation SPT: do inglês Standard Penetration Test
SUCS: Sistema Unificado de Classificação de Solos SVE: Sondagem elétrica vertical
14 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 16 1.1 OBJETIVOS ... 16 1.1.1 Objetivo Geral: ... 16 1.1.2 Objetivos Específicos: ... 17 1.2 JUSTIFICATIVA ... 17 1.3 APRESENTAÇÃO DO CONTEÚDO ... 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19 2.1 SOLOS ... 19
2.2 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO QUANTO A ORIGEM ... 20
2.2.1 Classificação Geotécnica ... 21
2.2.2 Classificação Pedológica ... 21
2.3 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO ... 22
2.3.1 Diâmetro das Partículas ... 22
2.3.2 Sistema Unificado de Classificação de Solos ... 25
2.3.3 TRB ... 27
2.4 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA PARA FUNDAÇÕES ... 28
2.4.1 Piezômetro ... 29
2.4.2 SPT ... 31
2.4.3 Mista ... 34
2.4.4 Sondagem Geofísica ... 36
2.4.5 Quantidades de sondagens pela norma ... 40
2.5 TIPOS DE FUNDAÇÕES ... 41
2.5.1 Estacas Pré-Moldadas em Concreto Armado ... 43
2.5.2 Hélice Contínua ... 46
2.5.3 Estaca Raiz ... 48
3 METODOLOGIA ... 50
4 RESULTADOS ... 52
4.1 ANÁLISE DA SONDAGEM À PERCUSSÃO – SPT ... 53
4.1.1 SPT-06 ... 54
4.1.2 SPT-07 ... 54
15
4.1.4 SPT-09 ... 55
4.2 PERFIL DE SOLO SEGUNDO SPT ... 55
4.3 ANÁLISE DA SONDAGEM GEOFÍSICA ... 57
4.4 CORRELAÇÃO ENTRE SPT E GEOFÍSICA ... 62
4.4.1 Linha A x SPT-08 ... 63 4.4.2 Linha B x SPT-08 ... 66 4.4.3 Linha C x SPT-09 ... 68 4.4.4 Linha D x SPT-06 ... 69 4.4.5 Linha E x SPT-07 ... 72 4.5 FOTOS DA OBRA ... 74
4.6 MUDANÇAS PROJETO DA FUNDAÇÃO E EXECUÇÃO... 81
4.7 ANÁLISE DO PERFIL DE SOLO, PROJETO E EXECUÇÃO DA FUNDAÇÃO .. 92
4.7.1 Análise do Bloco P3A com a SPT-08 ... 93
4.7.2 Análise do Bloco P8A com a SPT-08 ... 94
4.7.3 Análise do Bloco P18A com a SPT-06 ... 95
4.7.4 Análise do Bloco P4A com a SPT-08 ... 95
4.7.5 Análise do Bloco P20A com a SPT-07 ... 96
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ... 98
5.1 Conclusões ... 98
5.2 Sugestões de trabalhos futuros ... 100
REFERÊNCIAS ... 101
Anexos ... 106
16 1 INTRODUÇÃO
O conhecimento do teor de um subsolo, suas características, sua classificação geotécnica e pedológica se faz necessário para a execução de obras de engenharia, principalmente para a escolha de fundações.
O estudo prévio de todos os fatores de um solo pode ser realizado através de sondagens, pois esse método possibilita classificar o tipo de solo existente a partir de amostras coletadas em campo, além de verificar o comportamento mecânico deste solo, através da realização de ensaios de geotecnia.
As sondagens também nos fornecem outras informações, como nível do lençol freático, profundidade dos horizontes, presença de rochas no perfil do solo, e determinam a resistência do solo às tensões nele impostas. Informações estas, muito importantes para a escolha do tipo e o dimensionamento de fundações.
Cabe salientar, que a não realização de estudos de sondagem, antes da execução de projetos ou a interpretação incorreta de seus resultados, pode trazer inúmeros prejuízos à uma obra de engenharia, sendo eles, financeiro, necessidade de ajuste no projeto de fundações, ajuste no cronograma de execução da obra e atraso na entrega do empreendimento.
Neste trabalho, apresenta-se a importância da realização de estudos preliminares, como sondagens para a execução de projetos e obras de fundação, e os problemas causados a uma obra, de um empreendimento imobiliário que está sendo implantado no município de Florianópolis. Devido a falta de informações do solo de fundação e a necessidade de complemento nos estudos preliminares, motivou-se mudança no projeto de fundações necessitando de um reforço e o ajuste do seu cronograma físico-financeiro.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral:
Verificar a importância do uso da sondagem em projetos de fundações, através de um estudo de caso da execução da fundação de um prédio comercial na região de Florianópolis.
17 1.1.2 Objetivos Específicos:
Os objetivos específicos deste trabalho são:
• Elaborar perfil do solo usando dados da Sondagem à Percussão realizada no local da obra;
• Analisar o perfil do solo usando dados da Sondagem Geofísica e fotos realizadas na área de estudo;
• Elaborar um perfil comparativo entre os dados da Sondagem SPT e Geofísica e analisar a sua correlação;
• Verificar a alteração entre o projeto inicial e a execução da fundação após o complemento da sondagem geofísica;
• Analisar as mudanças na fundação com a proximidade das sondagens SPT e com a resistividade do perfil Geofísico.
1.2 JUSTIFICATIVA
Este trabalho tem como justificativa demonstrar a extrema importância das sondagens em obras de engenharia, demonstrando que o modo como estas investigações são realizadas, pode influenciar em muitos aspectos o decorrer de uma obra. Ressalta-se que é crucial o cumprimento das normas regulamentadas, o que na prática nem sempre é seguido gerando muito problemas que poderiam ser facilmente previstos e evitados.
1.3 APRESENTAÇÃO DO CONTEÚDO
No capítulo 1 são apresentados o objetivo geral e os objetivos específicos, além da justificativa deste trabalho. No capítulo 2, através da revisão bibliográfica, são apresentados os conceitos relacionados ao tema de estudo em questão, por meio de pesquisas em livros, artigos e teses. No capítulo 3 apresenta-se a metodologia aplicada para o desenvolvimento e realização deste trabalho. No capítulo 4 são apresentados os resultados destas análises e no capítulo 5 as
18 conclusões das mesmas, além de sugestões para trabalhos futuros a fim de dar continuidade sobre o assunto pesquisado.
19 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A fim de fundamentar teoricamente o estudo em questão, foram abordados pontos essenciais para estabelecer relações entre os mais diversos conceitos geotécnicos e a importância da realização de estudos de sondagens preliminares a execução de obras de engenharia e principalmente projetos de fundações.
2.1 SOLOS
Segundo Das (2001) o solo é resultado do processo de erosão das rochas. As propriedades físicas do solo são determinadas primeiramente por meio dos minerais que constituem suas partículas e, portanto, pela rocha de origem.
A estrutura do solo depende da forma em que as partículas de areia, silte, argila e pedregulhos estão organizadas, sendo tão importante quanto o tamanho destas partículas. Quantidades relativas de diferentes tamanhos de partículas dão forma a textura do solo. Tanto uma quanto outra têm relação direta com movimentos da água e do ar nos solos influenciando em muitos processos. (BRADY & WEIL, 2013).
É possível observar na Figura 1, um esquema que mostra como os solos da superfície terrestre estão organizados em camadas. Segundo a pedologia estas camadas são denominadas horizontes.
Figura 1- Esquema dos horizontes e sub-horizontes de formação dos solos
20 2.2 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO QUANTO A ORIGEM
De acordo com Caputo (2016), os solos são originados por processos físicos e químicos, tais como intemperismo das rochas, desintegração mecânica ou decomposição química. Estes processos são possíveis através de agentes como água, temperatura, vegetação e vento, que formam solos tanto de partículas grossas e intermediárias, quanto de partículas finas em condições especiais. Pode-se dizer então, que o solo é uma função da rocha-matriz e dos diferentes agentes de alteração, como exemplificado na Figura 2.
Figura 2 - Processo de formação dos solos.
Fonte: Brady & Weil (2013).
Alguns aspectos que também interferem na formação do solo são, o clima, o relevo, os organismos, o tempo cronológico e em especial o material de origem. Estes influenciam no decorrer de sua formação ocasionando diferentes constituições de solos. (LIMA & LIMA, 2019).
21 2.2.1 Classificação Geotécnica
Na classificação geotécnica os solos são classificados quanto sua origem, sendo divididos em solos residuais, orgânicos e sedimentares. Esta categorização leva em consideração apenas a formação do solo, conforme mostra a Figura 3 (BRADY & WEIL, 2013).
Figura 3 - Como materiais de origem são formados, transportados e depositados.
Fonte: Brady & Weil (2013).
Caputo (2016), explica esta divisão da seguinte forma, solos residuais como sendo o qual ocorre uma transição progressiva do solo até a rocha, conservando-se no local da rocha de origem. Já os solos sedimentares requerem a ação de agentes transportadores para sua formação, estes podendo ser aluvionares, eólicos, coluvionares e glaciares. E os solos de formação orgânica dispõem de essência orgânica como o próprio nome já diz, podendo ser de plantas, raízes ou conchas.
2.2.2 Classificação Pedológica
A pedologia é vista como uma ciência do solo, que tem por objetivo o estudo do mesmo em seu habitat natural. Esta ciência trata de aspectos genéticos do solo,
22 de sua formação e origem, da morfologia, mapeamento e também quanto a classificação dos solos. (LEPSCH, 2011).
Através de levantamentos pedológicos é possível obter dados quanto a natureza e propriedades do solo, além de características físicas, químicas, mineralógicas e morfológicas tais como espessura, cor, textura, estrutura, consistência e transição entre horizontes ou camadas. Estes são essenciais para reconhecer o potencial ou as limitações de uma área, provendo dados para estudos de viabilidade técnica e econômica de projetos de uso, manejo e conservação de solos. (SOUZA, 1995).
Com os dados obtidos através de estudos e análises dos solos, define-se a identificação da classe pedológica, em latossolo, cambissolo, podzólico, areia quartzosa, solo orgânico, gleisolos e litólico. (IBGE, 2007).
2.3 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO
De acordo com DAS (2001), diferentes tipos de solos com propriedades similares dependem de seu comportamento para serem classificados em grupos e subgrupos. Os sistemas de classificação fornecem características gerais que são infinitamente variadas e sem descrições detalhadas dos solos, que leva em conta a distribuição granulométrica e limites de consistência.
Para as classificações dos solos, é necessário que haja a realização de ensaios, alguns simples, outros mais complexos. O objetivo de se caracterizar e classificar os solos, é poder prever os seus comportamentos, físico, químico e hidráulico, tanto para mineração, meio ambiente e principalmente para obras de engenharia. (ABGE,2017).
2.3.1 Diâmetro das Partículas
O tamanho do diâmetro das partículas é uma das primeiras e mais importantes propriedades para se ter conhecimento, pois a partir dela é possível tirar muitas conclusões e principalmente compreendermos o comportamento do solo. É considerada de caráter permanente, pois não está facilmente sujeita a mudanças.
23 Na Figura 4, é possível observar a classificação das partículas de solo, de acordo com os tamanhos. (BRADY & WEIL, 2013).
Figura 4 - Classificação das partículas.
Fonte: Brady & Weil (2013).
DAS (2011), afirma que através da análise granulométrica, obtém-se a classificação das partículas. Esta análise faz relação entre o tamanho das por uma porcentagem de solo seco.
Segundo Caputo (2016), a escala granulométrica brasileira (ABNT), define os solos em: Pedregulho - conjunto de partículas com diâmetros equivalentes compreendidos entre 76 e 4,8 mm; areia, entre 4,8 e 0,05 mm; silte, entre 0,05 e 0,005 mm; argila, inferiores a 0,005 m. Para determinação das dimensões e proporções relativas das partículas, faz se uso da curva granulométrica, apresentada na Figura 5.
24 Figura 5 - Curva Granulométrica.
Fonte: ABNT NBR NM 248 (2003).
Conforme o formato da curva é possível observar diferentes tipos de granulometria. Podendo ser definida em contínua, descontinua, uniforme e bem ou mal graduada, dependendo do predomínio ou não das frações grossas e porcentagem das frações finas suficiente, conforme mostra a Figura 6 (CAPUTO, 2016).
Figura 6 - Diferenças Granulométricas
25 2.3.2 Sistema Unificado de Classificação de Solos
O sistema unificado de classificação dos solos (SUCS) recorre a características de textura e plasticidade do solo organizando-as de acordo com seu comportamento. Ele possibilita a identificação de campo, com uma adoção de simbologia normatizada, no que diz respeito a natureza do solo e no valor prático das indicações, proporcionando informações para ramos da engenharia tais como fundações, aterros, estradas e aeroportos, este último sendo o motivo da criação desta classificação. (DNIT,2006).
Segundo Santos (2006), os solos são distribuídos em 15 grupos representados por duas letras, onde a primeira corresponde a granulometria e a segunda condiz com sua plasticidade. Esta ferramenta contribui para a classificação dos solos além da presença de matéria orgânica o LL, LP e granulometria.
De acordo com esta classificação os solos grossos são classificados conforme sua curva granulométrica, e o comportamento dos solos finos com a sua plasticidade. Os solos que têm uma porcentagem maior que 50% retido na peneira nº 200 é um solo de granulação grossa, e solos onde mais de 50% passam na peneira nº 200 é considerado um solo de granulação fina. (SILVA, 2009).
Almeida (2005), afirma que em relação a classificação SUCS dos solos: Os solos estão distribuídos em 6 grupos: pedregulhos (G), areias (S), siltes inorgânicos e areias finas (M), argilas inorgânicas (C), e siltes e argilas orgânicos (O). Cada grupo é então dividido em subgrupos de acordo com suas propriedades índices mais significativos. Os pedregulhos e areias com pouco ou nenhum material fino são subdivididos de acordo com suas propriedades de distribuição granulométrica como bem graduado (GW e SW) ou uniforme (GP e SP). Se o solo (grosso) contém mais que 12% de finos, suas propriedades devem ser levadas em conta na classificação. Como a fração fina nos solos pode ter influência substancial no comportamento do solo, os pedregulhos e areias têm outras duas subdivisões. Se o solo (grosso) contém 5% a 12% de finos, deverá ser representado por símbolo duplo: primeiro o do solo grosso (GW, GP, SW, SP), seguido pelo que descreve a fração fina: ¾ Aqueles com fração fina silte são GM ou SM. ¾ Se os finos contêm argilas plásticas, os solos são GC ou SC. ¾ Se os finos são orgânicos, acrescentar “com finos orgânicos”. ¾ Se em pedregulho a areia >15%, acrescentar “com areia”. ¾ Se em areia o pedregulho ultrapassa 15%, acrescentar “com pedregulho.
26 Quadro 1 - Classificação SUCS.
PEDREGULHOS Mais de metade da
fração grosseirap
Pedregulhos Puros
Grãos cobrindo toda escala de granulação GW
Pedregulhos bem graduados, misturas de areia e pedregulho com pouco ou nenhum fino. Predominância de um
tamanho de grão ou
granulação falhada GP
Pedregulhos mal graduados, misturas de pedregulhos e areia com
pouco ou nenhum fino.
Pedregulhos com Finos
Finos não plásticos (ML ou
MH) GF
Pedregulhos siltosos, misturas de pedregulhos,
areia e silte mal graduados. Finos plásticos (CL ou CH) GC
Pedregulhos argilosos, misturas de pedregulho,
areia e argila bem graduados.
Areias Mais de metade de
fração grosseira
Areia Pura
Grãos cobrindo toda escala de granulação SW
Areias bem graduadas, areias pedregulhosas, com pouco ou nenhum
fino. Predominância de um
tamanho de grão ou
granulação falhada SP
Areias mal graduadas, areias pedregulhosas, com pouco ou nenhum
fino. Areia com finos
Finos não plásticos (ML ou
MH) SF mal graduadas de areias. Areias siltosas, misturas Finos plásticos (CL ou CH) SC bem graduadas de areia e Areias argilosas, misturas
argila. Processo de identificação executado sobre a fração < #n°40
A abertura da malha # n°200 corresponde aproximadamente á menor partícula visível a olho nu. ENSAIO EXPEDITO RESISTENCIA a SECO (esmagamento pelos dedos) Dilatância (Dilação) – sacudindo na palma da mão. SILTES E ARGILAS Limite de liquidez menor que 50 Nenhuma a
pequena Rápida a lenta ML
Siltes inorgânicos e areias muito finas, alteração de
rocha, areias finas, siltosas ou argilosas com
pequena plasticidade.
Média a elevada Nenhuma a muito lenta CL
Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade, argilas pedregulhosas, argilas arenosas, argilas siltosas,
argilas magras. Pequena á média Lenta OL Siltes orgânicos e siltes argilosos orgânicos de
baixa plasticidade.
SILTES E ARGILAS Limite de liquidez
Pequena a média Lenta a nenhuma MH
Siltes orgânicos, micáceos ou diatomáceos, finos
arenosos ou solos siltosos, siltes elásticos. Elevada a muito
elevada Nenhuma CH
Argilas inorgânicas, de alta plasticidade, argilas
gordas.
Média a elevada Nenhuma a muito lenta OH média e alta plasticidade. Argilas orgânicas de TURFAS Facilmente identificáveis pela cor, cheiro, porosidade e frequentemente pela textura fibrosa Pt Solos com elevado teor de matéria orgânica. Fonte: Milton Vargas (1977) apud Almeida (2005).
27 Na Figura 7, encontra-se o gráfico de plasticidade Casagrande com a exemplificação da classificação geral.
Figura 7 - Gráfico de plasticidade de Casagrande.
Fonte: Almeida (2005). 2.3.3 TRB
A classificação Transportation Research Board System (TRB) surgiu com o objetivo de analisar materiais de pavimentação, como base e sub-base, fundamentando-se na granulometria, limite de liquidez, índice de plasticidade e em função destes parâmetros divide se os solos em grupos e subgrupos. (SILVA, 2009). De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte (DNIT) (2006) a determinação ocorre por um processo de eliminação com sentido da esquerda para direita no quadro de classificação, este representado na Quadro 2. O primeiro grupo, seguindo a direção citada anteriormente, com qual os valores do solo ensaiado coincidir será a classificação correta. Nesta classificação os solos granulares compreendem os grupos A-1, A-2, A-3 e os solos finos A-4, A-5, A-6, A-7, conforme apresentado no Quadro 2.
28 Quadro 2 - Classificação TRB.
Fonte: DNIT (2006).
2.4 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA PARA FUNDAÇÕES
Na engenharia civil, as investigações geotécnicas são imprescindíveis em qualquer obra, para a compreensão da formação da crosta terrestre no local escolhido para a execução do projeto. Este processo inicia com a pesquisa bibliográfica de mapas, seguindo com o estudo de fotografias aéreas e de imagens orbitais para a execução do mapeamento geológico-geotécnico. (BRITO e GOMEZ, 2018).
Segundo Oliveira e Brito (1998), os dados colhidos em campo através dos ensaios de investigação geológica, servem para tipificar e caracterizar o solo quanto aos parâmetros físicos, químicos e biológicos, delimitando espacialmente seus maciços rochosos, assim como suas características e propriedades geomecânicas.
29 Conhecendo a superfície do local de estudo, torna-se necessário estudar o seu subsolo, a fim de conhecer quais os tipos de rocha existente e seus elementos estruturais como, linhas de contato, fraturas, falhas, dobras e etc. (CHIOSSI, 2013).
Um desses métodos de investigações geotécnicas realizado em campo com precisão é a sondagem. Sua execução é fundamental para definir as diversas camadas com diferentes propriedades que um solo possui em seu horizonte. (DELATIN, 2017).
Segundo Galvão et al. (2019), para a estabilização de uma estrutura, é necessário ter conhecimento do tipo de solo e seu comportamento mecânico em diferentes circunstâncias, para isso deve-se executar sondagens. Ensaio que consiste, em coletar amostras de solo e rocha, suficientes em quantidades e profundidades, para a verificação das informações do solo necessárias a cada fase do projeto. (DELATIN, 2017).
2.4.1 Piezômetro
A engenharia geotécnica dispõe de um método utilizado para avaliar o comportamento do nível de água no solo, determinando o coeficiente de condutividade hidráulica do mesmo, através da instalação de piezômetros. (PINHEIRO et al., 2018).
Segundo Aguiar et al. (2005), o piezômetro é um equipamento simples, formado por um tubo, cujo a extremidade inferior pode conter furos no próprio tubo ou possuir um elemento de cerâmica ou plástico poroso. A Figura 8, mostra um modelo de piezômetro do tipo Casagrande.
30 Figura 8 - Esquema do Piezômetro de Tubo Aberto ou Casagrande
Fonte: Fonseca (2003).
O piezômetro do tipo Casagrande é largamente utilizado, pois pode ser instalado diretamente no furo de sondagem, diminuindo custos, facilitando sua montagem e a execução da medição. (PINHEIRO, et al., 2018).
Inicia-se a execução do método do piezômetro de tubo aberto, determinando a profundidade desejada para obter a poro-pressão do solo. Após, coloca-se no fundo do furo material filtrante como areia grossa e brita, próximo ao bulbo do instrumento e acima dele, coloca-se um selo de bentonita ou solo-cimento para criar uma camada isolada hidraulicamente, evitando a influência das condições piezométricas das camadas superiores à célula de areia. A extremidade superior deverá ficar aberta acessível para executar a medição. (AGUIAR, et al., 2005).
Segundo Cerqueira, et al. (2016), realiza-se a leitura do piezômetro do tipo Casagrande, através de um sensor elétrico, também chamado de medidor de nível d’água. Ele é composto por uma trena com sonda elétrica, que emite sinais sonoros ao obter contato com a água, indicando a representação da carga piezométrica no
31 local da célula de areia, ou seja, indica a altura da coluna d’água no interior desta tubulação. (CERQUEIRA, 2017).
2.4.2 SPT
Segundo a NBR 6484/2020, o índice de resistência à penetração de um solo é determinado pelo processo de sondagem SPT. Este ensaio também identifica os tipos de solo a cada profundidade atingida, além de, determinar a posição do nível do lençol freático, ou seja, permite coletar informações sobre todas as camadas do solo atravessadas pelo ensaio.
Para a execução da sondagem, inicia-se com a limpeza da área para remoção de possíveis obstáculos ao processo, além da abertura de valas para a drenagem da área em caso de chuvas. (SANTA CATARINA, 2015). Após realiza-se a locação dos furos, com coordenadas previamente identificadas em planta recebida da empresa contratante, com piquetes de material apropriado identificados com a nomenclatura correspondente, os quais servirão de referência para determinação da cota dos pontos. (NBR 6484, 2020). E a posterior montagem do equipamento para a realização do ensaio. (SCHNAID, 2000).
32 Figura 9 - Equipamento de Sondagem
Fonte: Schnaid (2000).
O ensaio da sondagem inicia-se com a instalação do trado-concha ou cavadeira manual até a profundidade de 1 m, depois instala-se o primeiro segmento do tubo de revestimento, juntamente com a sapata cortante. Após coletar o material dessa primeira etapa continua-se a perfuração. (NBR 6484, 2020).
Utilizando um conjunto composto por um martelo de 65 kg e um barrilete amostrador padrão, dá-se continuidade ao ensaio, elevando o martelo a uma altura de 75 cm com o auxílio de uma corda deixando-o cair em queda livre sobre o amostrador. (GALVÃO, 2019).
O processo de golpeamento se repete, registrando o número de golpes necessários para a cravação do amostrador a cada 15 cm no solo, até atingir 45 cm de profundidade. Então, somando o número de golpes necessários para penetrar o amostrador nos últimos 30 cm de solo, obtém-se o Índice de Resistência a Penetração (Nspt). (ARAÚJO, et al., 2016).
Segundo a NBR 6484/2020, a cada metro estudado deve-se retirar do bico do amostrador padrão, uma amostra de solo e acondicioná-la em um recipiente
33 hermético, identificado conforme obra e número do furo. Esta amostra deverá permanecer guardada por 60 dias, caso necessária verificação.
As amostras coletadas serão examinadas individualmente através do ensaio do tato e receberão uma classificação em relação a sua granulometria: solos grossos ou solos finos. Após realiza-se o exame visual para verificar a predominâncias do tamanho dos grãos na amostra, classificando em areias (maiores que 2mm) ou pedregulhos (menores que 2mm e maiores que 0,1mm) e argilas (plasticidade e resistência coesiva) ou siltes. Além, da indicação da cor que poderá receber no máximo duas designações. (NBR 6484, 2020).
Segundo a NBR 6484/2020, a classificação dos solos pela sua compacidade (solos grossos) e pela sua consistência (solos finos), é determinado através do Índice de Resistência a Penetração (obtido na sondagem), verificando a
Tabela 1, que dispõe da classificação dos solos e foi atualizada recentemente.
Tabela 1- Classificação dos solos
Solo Índice de resistência à
penetração N Designação Areias e siltes arenosos < 4 Fofa(o) 5 a 8 Pouco compacta(o) 9 a 18 Medianamente compacta(o) 19 a 40 Compacta(o) > 40 Muito compacta(o) Argilas e siltes argilosos < 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Média(o) 11 a 19 Rija(o) 20 a 30 Muito rija(o) > 30 Dura(o) Fonte: Adaptado, NBR 6484 (2020).
34 A Figura 10 apresenta a descrição do solo ensaiado em um exemplo de relatório de sondagem.
Figura 10 - Exemplo de relatório de SPT.
Fonte: Rebello (2008). 2.4.3 Mista
35 Segundo Velloso e Lopes (2010), a Sondagem Mista é uma combinação dos métodos e equipamentos utilizados na Sondagem a Percussão (SPT) e na Sondagem Rotativa. Esta última, é utilizada quando encontra-se matacões ou blocos de rocha no solo estudado, os quais são impenetráveis pela técnica de Sondagem a Percussão.
A Instrução Normativa IN 07/94 do Deinfra, define que a Sondagem Rotativa, utiliza equipamentos moto-mecanizados, para investigação geológico-geotécnica do solo, e através de perfuração por força e rotação conjugadas, cortam o material rochoso obtendo amostras cilíndricas.
A Sondagem Rotativa permite a identificação das características físicas, químicas, estruturais e estratigráficas dos maciços rochosos, pois sua amostragem pode atingir grandes profundidades. Assim, podem ser verificadas algumas propriedades do solo como resistência, deformabilidade, descontinuidades, influências hídricas, alterabilidade e coesão, que são importantes na solução de problemas geotécnicos que poderão surgir na execução de obras no subsolo. (BRITO, 2013).
Através deste ensaio, pode-se determinar o Rock Quality Designation (RQD), que indica o grau de continuidade ou índice de qualidade da rocha, através do somatório dos comprimentos em metro, dos fragmentos de rocha maiores que 10 cm, recuperados durante a manobra e expressos em porcentagem. (DELATIN, 2017). A Figura 11 demonstra como são quantificadas as amostras coletadas no ensaio de RQD.
Figura 11 - Exemplo do métodos de cálculo para RQD.
36 Segundo Delatin (2017), durante a verificação do testemunho, deve-se distinguir as fraturas naturais, das causadas pela ação mecânica do equipamento de sondagem, a fim de, diferenciar a quebra realizada pelo processo de perfuração, da quebra decorrente da fraqueza da rocha, para então, realizar a classificação correta da amostra.
Para a realização do cálculo do RQD, índice de qualidade da rocha, utiliza-se a seguinte fórmula:
Onde:
– comprimento dos fragmentos de rocha >10 cm;
L – Comprimento total furado em uma manobra.
Após a realização do cálculo do RQD, utiliza-se esta porcentagem, para classificar a qualidade do maciço rochoso, utilizando a Tabela 2.
Tabela 2- Índice de qualidade da rocha - RQD
RQD Qualidade do Maciço Rochoso
0-25% Muito Fraco
25-50% Fraco
50-75% Regular
75-90% Bom
90-100% Excelente
Fonte: Adaptado de Velloso e Lopes (2010).
2.4.4 Sondagem Geofísica
Segundo Oliveira e Monticeli (2017), a Geofísica é a ciência que estuda a estrutura dos solos com a aplicação de princípios físicos. Considerada um método de investigação indireto e não destrutivo, ela permite o diagnóstico do subsolo para análise geotécnica através do conhecimento dos principais, parâmetros físicos de um solo sendo eles, velocidade de propagação de ondas sísmicas, condutividade
37 elétrica, resistividade elétrica, densidade, potencial elétrico induzido ou natural entre outros, mostrando a presença de blocos rochosos e profundidade do maciço.
Existem vários métodos geofísicos utilizados para sondagem, dentre eles o
Ground Penetrating Radar (GPR), a eletrorresistividade e os métodos sísmicos,
estes, são os mais utilizados em ambientes urbanos. (GANDOLFO, 2012).
2.4.4.1 GPR
O método GPR utiliza uma antena, posicionada na superfície para emitir ondas eletromagnéticas em frequência muito alta (10/1000 MHz) ao terreno e obter uma imagem de alta resolução mostrando as camadas de solo e rocha do subsolo, através das ondas que sofreram reflexão. (MARCELINO, 2005). A Figura 12 mostra um perfil gerado pelo método de GPR.
Figura 12 - Seção GPR
38 2.4.4.2 Eletrorresistividade
Segundo Lago et al. (2006), este método de sondagem geofísica utiliza uma corrente elétrica contínua de baixa frequência e três pares de eletrodos, posicionados separadamente na área estudada, para determinar a resistividade aparente na superfície do solo e a resistividade real por meio do processo de inversão. Um dos pares introduz a corrente elétrica no solo, que gera uma diferença de potencial, medida pelos outros dois pares de eletrodos posicionados nas proximidades do fluxo de corrente, conforme mostra a Figura 13, a fim de determinar as propriedades elétricas e as resistividades do meio.
Figura 13 - Perfil esquemático de um levantamento utilizando o método de Eletrorresistividade.
Fonte: http://planalservicos.com.br/servico/medicao-de-eletrorresistividade-er-ohmmapper. Acesso em: maio 2020.
Três técnicas podem ser utilizadas para a realização de sondagens pelo método da eletrorresistividade: o caminhamento elétrico (CE), que apresenta investigações horizontais em várias profundidades, a Sondagem elétrica Vertical (SVE) com investigações verticais pontuais e a Perfilagem Elétrica realizado no interior dos furos de sondagem diretas. (ARAÚJO, 2018).
39 • Caminhamento Elétrico
Segundo a Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental (ABGE) (2017), o mapeamento do subsolo realizado com caminhamento elétrico, visa mostrar as distribuições laterais do parâmetro de resistividade elétrica, com uma ou mais profundidades de perfis, e a apresentação dos resultados, dá-se geralmente através seções, plantas ou mapas que representam a profundidade da investigação.
E a Figura 14 mostra um perfil de Sondagem Geofísica utilizando o método de Eletrorresistividade.
Figura 14 - Perfil de Sondagem Geofísica – Método de Eletrorresistividade.
Fonte: Araújo (2018).
A resistividade do solo depende do local onde ele se encontra, pois devido a influência de fatores externos como por exemplo umidade do solo e tipos de sais dissolvidos na água, este parâmetro pode variar consideravelmente. No entanto, para análise dos perfis de sondagem geofísica baseia-se na variação de faixas de resistividade ao longo do maciço dentro de determinados valores, conforme apresentado da Tabela 3.
Tabela 3 - Faixas de variação da Resistividade dos solos mais comuns.
Tipo de Material Resistividade (Ω.m)
Terreno Pantanoso 1 a 30
Lama 20 a 100
Solo Arenoso 50 a 1.000
Argila Plástica 50
Mármores e Argilas Compactadas 100 a 200
Areia Argilosa 50 a 500
Areia Silicosa 200 a 3000
40 Solo Pedregoso recoberto de relva ou erva curta 300 a 500
Fonte: Adaptado Coelho (2011). 2.4.4.3 Métodos Sísmicos
Os métodos sísmicos são representados pelo Crosshole, a Sísmica de Reflexão e, mais recentemente pelo Multichannel Analysis of Surface Waves
(MASW), eles são muito usados em áreas urbanas. (GANDOLFO, 2012).
Segundo Gandolfo (2012), o método Crosshole é bastante utilizado para a engenharia geotécnica e de fundações, pois fornece com precisão os módulos elásticos dinâmicos dos solos através de um perfil de variação de velocidade das ondas compressionais e das ondas cisalhantes.
A sísmica de reflexão estima as propriedades do subsolo utilizando os princípios da sismologia. Através de uma fonte sísmica, gera as ondas e de acordo com o tempo que demora para ela atingir o receptor após a reflexão, estima-se a profundidade da estrutura refletora. (NETO, 2000).
E segundo Lago et al. (2006), o método MASW é um ensaio de superfície que não requer furos para estudar o subsolo, e “utiliza o registro das ondas superficiais e, como resultado após o processamento dos dados, fornece o perfil de velocidade da onda cisalhante com a profundidade”.
2.4.5 Quantidades de sondagens pela norma
A instrução normativa NBR 8036 (1983), define que a localização bem como a quantidade de furos de sondagem a serem realizados, dependem do tipo de estrutura a ser executada e das condições geotécnicas do subsolo. Porém, deve-se executar uma quantidade de furos, capaz de fornecer o perfil e representar as camadas do subsolo do local desejado.
Sendo assim, a NBR 8036 (1983) determina as quantidades mínimas de sondagem, de acordo com a Tabela 4.
41 Tabela 4 - Quantidades mínimas de Sondagem
Nº Furos Área da Edificação
02 Até 200 m²
03 Entre 200 e 400 m²
01 A cada 200 m² para áreas até 1200 m²
01 A cada 400 m² excedentes da área inicial, para áreas entre 1200 e 2400 m² Fonte: Adaptado da NBR 8036 (1983).
Caso a obra projetada esteja na fase de estudo de viabilidade, sem apresentar projeto ou disposição dos edifícios, recomenda-se executar no mínimo 03 sondagens, dispostas no terreno, de maneira que não ultrapasse a distância máxima de 100 m e não fiquem perfiladas entre elas. (NBR 8036, 1983).
2.5 TIPOS DE FUNDAÇÕES
A fundação é responsável por suportar o peso de uma estrutura, seu próprio peso e as cargas impostas a ela, por isso, caracteriza uma etapa muito importante da obra. (ALVARENGA, et. al., 2019).
Segundo Cintra, Aoki e Albiero (2011), a estrutura de uma edificação é composta por dois subsistemas: a infraestrutura que são as fundações (sapatas, tubulões ou estacas) e o subsistema geotécnico (solo). Juntos formam um sistema único, que está suscetível as forças externas, ações que podem ser permanentes, variáveis e excepcionais. Essas solicitações provocam na estrutura, um princípio de causa e efeito ou ação e reação, com isso, surgem forças reativas internas que transmitem tensões as seções da estrutura, também chamadas de força normal, força cortante, momentos fletor e torçor. Então, deve-se obter todas as informações a respeito do solo e realizar a análise da interação solo-estrutura, para o dimensionamento de uma fundação.
Segundo a NBR 6122/2010, existem dois tipos de fundações: as fundações superficiais ou rasas e as fundações profundas. A primeira, tem as pressões distribuídas na base da fundação, e esta, tem a função de transmitir a carga a camada resistente do solo. Seu assentamento possui uma profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação, podemos citar como exemplo deste tipo de fundação, as sapatas, os blocos, os radier entre outros.
42 Já as fundações profundas, podem transmitir ao solo a carga suportada através da base (resistência de ponta), pela superfície lateral (resistência de fuste) ou então, combinando as duas formas. Sua profundidade é de no mínimo 3 m, podendo chegar a mais que o dobro de sua menor dimensão em planta, como exemplo temos as estacas, os tubulões e os caixões. (NBR 6122, 2010).
Para a escolha do tipo de fundação a ser utilizada em uma obra, são consideradas algumas variáveis, como características do solo no local de implantação, informações sobre a edificação a ser construída e sobre as construções vizinhas, a fim de, verificar se há necessidade de limitar níveis de ruído e de vibração e identificar a fundações já realizadas na região. (CINTRA, AOKI E ALBIERO, 2014).
Quando os solos superficiais apresentam limitações, não possuem a capacidade de suportar cargas elevadas, estão sujeitos a processos erosivos, ou ainda há a possibilidade de escavações futuras nas proximidades da obra, opta-se pelo uso de fundações profundas, que suportarão as cargas da estrutura com segurança, se adequando aos fatores topográficos sem afetar a integridade das construções vizinhas. (ABCP).
As fundações profundas são divididas em Tubulões, onde há a descida de pessoas para a limpeza e alargamento do fundo da escavação, e em Estacas, que são executadas por equipamentos ou ferramentas. (ABNT, 2010).
As estacas podem ser executadas utilizando diferentes processos: cravação, escavação, percussão, vibração e prensagem ou unir mais de um destes que variam de acordo com cada tipo de estaca. E elas podem ser classificadas pelo seu método executivo e o respectivo efeito causado no solo, conforme mostra a Figura 15.
43 Figura 15 - Classificação dos principais tipos de estacas pelo método executivo
Fonte: Hachich et. al, (1998).
Nos itens a seguir exemplificamos os tipos de estacas mais comumente usados nas obras de engenharia.
2.5.1 Estacas Pré-Moldadas em Concreto Armado
Segundo a NBR 6122 de 2010, esta estaca é composta de concreto armado ou protendido, sendo ele pré-moldado ou pré-fabricado e é utilizada para fins geotécnicos. Sua cravação se dá, através de golpes de martelo de gravidade (percussão), prensagem ou vibração, e diferente de outros tipos de estaca não é moldada em loco.
As estacas de concreto podem ser encontradas no comércio com tamanhos e formas geométricas variadas dependendo do fabricante. (ABCP). Segundo Ferreira e Gonçalves (2014), “os formatos mais empregados são, circulares, quadrados, hexagonais e octogonais, podendo ter área de ponta vazada ou maciça”. A Figura 16 apresenta as formas de estaca de concreto mais comuns encontradas.
44 Figura 16 - Formato de Estacas de Concreto
Fonte: NBR 16258 (2014).
Com o grande crescimento da utilização deste tipo de estaca, criou-se a norma NBR 16258/2014, que orienta a fabricação, estocagem e manuseio, além de estabelecer critérios de projeto para a implantação destas estacas que são consideradas elementos de fundação profunda. (FERREIRA e GONCALVES, 2014).
Segundo a NBR 16258/2014, quando a profundidade necessária de cravação for maior que a estaca de concreto, a mesma poderá ser emendada em outro segmento de estaca até alcançar o comprimento desejado. As emendas podem ser realizadas por luva metálica de justaposição com igual geometria da estaca (Figura 17) ou anel metálico soldado (Figura 18), ambas devem resistir a todas as solicitações de esforços atuantes durante a cravação, e durante sua utilização como elemento de fundação.
45 Figura 17 - Emenda de estacas pré-moldadas por luvas de aço (a) soldadas e (b) encaixadas.
Fonte: Velloso e Lopes (2010).
Figura 18 - Anel metálico que recebe a solda da emenda das estacas.
Fonte: Hachich et. al, (1998).
Em relação a cravação das estacas, as tensões impostas pela altura de queda do martelo devem ser menores que a tensão característica do concreto para evitar que a cabeça da estaca seja esmagada, então, esta altura não deve
46 ultrapassar de 1 metro. Caso necessite transpor camadas mais resistentes, deve-se utilizar um martelo mais pesado. (VELLOSO E LOPES, 2010).
Após atingir a profundidade indicada no projeto, a estaca deve ser arrasada a fim de ancorá-la ao bloco. (FERREIRA E GONÇALVES, 2014).
2.5.2 Hélice Contínua
A utilização da técnica de Hélice contínua no Brasil, iniciou em 1987, com equipamentos próprios, que executavam estacas com apenas 15 m de profundidade e diâmetros de 275 mm, 350 mm e 425 mm. Na metade da década de 90, foram importados equipamentos da Europa, que possuíam tecnologia inovadora no monitoramento eletrônico durante a perfuração, estes executavam estacas de até 24 m de profundidade e diâmetros de até 1000 mm. A partir deles, foram desenvolvidos equipamentos nacionais, que possibilitaram a competitividade dos custos deste serviço, em relação aos outros métodos de estaqueamento. (MAGALHÃES, 2005).
Segundo a NBR 6122/2010, a fundação profunda do tipo Hélice contínua é executada por meio de um trado helicoidal contínuo, que perfura o solo por rotação até a profundidade definida em projeto, e injeta concreto sob pressão através da sua da própria haste, na sequência posiciona-se a armadura no furo executado, por isso, diz-se que esta estaca é moldada “in loco”. A Figura 19, mostra o processo de perfuração do solo e execução da Hélice Contínua.
47 Figura 19 - Sequência executiva da Hélice Contínua
Fonte: http://www.geofix.com.br/servico-ehc.php. Acesso em: maio 2020.
A haste de perfuração é composta por lâminas (dentes) de corte com formatos e materiais diferentes (Figura 20), além de, uma hélice espiral ao redor do tubo, que possui uma tampa metálica em sua extremidade para impedir a entrada de solo ou água durante o processo de escavação, a qual, é expulsa pela pressão de saída do concreto. (MAGALHÃES, 2005).
Figura 20 - Tipos de trados e lâminas de corte.
48 Segundo Magalhães (2005), durante a execução da perfuração, o trado não deve ser retirado, evitando o alívio das tensões no furo devido a retirada do solo pela hélice, que será substituído pelo concreto. Este método de execução, torna possível a realização de estacas, também em solos coesivos e na presença de lençol freático permeando o solo.
2.5.3 Estaca Raiz
Este tipo de estaca também é moldada “in loco” e caracteriza-se pelo modo de perfuração rotativa ou rotopercussiva, utilizando de revestimento de tubos metálicos em todo o trecho de solo. Após realizar o furo, coloca-se a armação de acordo com a extensão da estaca e realiza-se o preenchimento do furo com argamassa de cimento, que é adensada com a aplicação de golpes de pressão por ar comprimido, conforme mostra a Figura 21. (NBR 6122, 2010).
Figura 21 - Sequência executiva de estaca Raiz.
Fonte: https://nelsoschneider.com.br/estacas-raiz/. Acesso em: maio de 2020.
Segundo Velloso e Lopes (2010), a execução das estacas-raiz não produz choques e nem vibrações nas proximidades, podem ser executadas na vertical ou
49 em qualquer inclinação, na presença de obstáculos como blocos de rocha ou peças de concreto, além de, possibilitar o trabalho em ambientes restritos, por isso, podem ser utilizadas em situações que as demais estacas não podem.
De acordo com Nogueira (2004), inicialmente utilizava-se este tipo de estaca para o reforço de fundações. Mas com o passar do tempo, verificou-se que esta técnica, poderia ser usada em obras normais como, na contenção de encostas, e devido ao tamanho do equipamento reduzido, em obras de difícil acesso e em locais com vizinhança próxima.
50 3 METODOLOGIA
Para o desenvolvimento deste trabalho foi utilizado um método de pesquisa do tipo estudo de caso, com o objetivo de comparar e analisar o projeto e execução das fundações de um empreendimento comercial construído na cidade de Florianópolis.
Para apresentar a ordem das atividades que foram ser executadas, foi elaborado um fluxograma, conforme representado na Figura 22.
Figura 22 - Fluxograma das etapas da pesquisa.
51 Na primeira etapa foi efetuado uma ampla pesquisa bibliográfica, a fim de reunir informações para embasamento ao tema, utilizando os conceitos de diferentes autores.
Na etapa seguinte, foram analisados os resultados apresentados na campanha de Sondagem à Percussão e os resultados da Sondagem Geofísica, executados no local do empreendimento, juntamente com fotos do solo.
Elaborou-se dois perfis de solo utilizando os boletins de Sondagem à Percussão, identificando o solo da região conforme a tabela de classificação da NBR 7250.
Compilando as informações obtidas formulou-se um perfil com a correlação dos dois métodos de sondagem, a fim de verificar a presença de matacos e qual o tipo de solo encontrado no local de execução dos blocos que foram reforçados.
Realizou-se a verificação das mudanças entre a execução das fundações e o projeto inicial, quantificando as alterações referente ao reforço realizado nos blocos. E por fim, buscou-se analisar o motivo do reforço da fundação, a fim de verificar, se as mudanças do projeto de fundação estavam relacionadas com o tipo do solo da região que se apresentou heterogêneo.
52 4 RESULTADOS
A fim de verificar a importância das sondagens para reconhecimento do tipo de solo para execução de fundações em obras civis, realizou-se um estudo de caso sobre a fundação de um edifício comercial localizado em Florianópolis as margens da SC-401 (Figura 23). Esta verificação permitiu compreender a necessidade de alteração no projeto de fundação da obra em questão.
Figura 23 - Mapa de Localização.
53 4.1 ANÁLISE DA SONDAGEM À PERCUSSÃO – SPT
O empreendimento está situado em um terreno com dimensão total de 4.740 m², foram realizados 13 furos de sondagem distribuídos nesta área. Segundo a NBR 8036 deveriam ter sido realizados 15 furos, a fim de, representar o subsolo da região, porém foram executados 13 furos.
O objeto de estudo foi o prédio comercial locado neste terreno, com uma área de 1836,03 m², onde executaram-se 4 furos, o SP-06, SP-07, SP-08 e SP-09, localizados conforme mostra a Figura 24. De acordo com a norma, seria necessário realizar 7 furos de sondagem. Porém, verificou-se que mesmo que furos fossem realizados, poderiam não ser suficientes para caracterizar o solo heterogêneo da região e o uso da Sondagem Geofísica seria um ótimo complemento para o estudo da área.
Figura 24 - Regiões Furo de Sondagem
Fonte: Elaboração das autoras (2020).
Analisou-se separadamente os 4 furos de sondagem de acordo com suas camadas, seus números de golpes médios e as cotas que atingiram o impenetrável, como mostrado a seguir.
54 4.1.1 SPT-06
O furo SP-06 foi executado entre os blocos P17A e P18A como apresentado na figura 27, e teve início na Cota 1,10m. Este furo representou um perfil de solo dividido em 4 camadas iniciando com a camada de solo natural rijo de granulometria grossa e difícil penetração, estudada por meio de sondagem a trado até 1 metro de profundidade e os 7 metros restantes através de SPT. A camada seguinte com espessura de 0,90 m apresentou uma camada com areia grossa, argilosa, plástica, cinza escura de média a média. A terceira camada com espessura de 1,25 m apresentou variação para Areia grossa pouco argilosa e pouco siltosa, de média a dura. A quarta e última camada com 7,15 metros de profundidade representa uma alteração do solo para rocha granítica, de dura a muito dura e que alcançou o impenetrável à sondagem a Percussão ao encontrar um provável topo rochoso a 17,30m de profundidade na cota -16,20m, com o número de golpes médio no furo de 27 conforme apresentado no boletim de sondagem em(anexo).
4.1.2 SPT-07
O furo SP-07 foi executado próximo ao P21A com cota do terreno de 0,88m e apresentou apenas duas camadas de solo, a primeira de solo natural, argiloso, siltoso, arenoso, compacto de difícil penetração de duro a duro que teve seu primeiro metro estudado por sondagem a trado e seus 6,10 metros restantes através de sondagem a percussão. A segunda camada com espessura de 10,00m, apresentou a alteração do solo para rocha granítica, de dura a muito dura chegando ao impenetrável à sondagem a percussão com 17,10 metros de profundidade após 30 minutos de lavagem sem avanço, devido a provável topo rochoso e com uma média de 25 golpes.
4.1.3 SPT-08
O furo SP-08 foi executado nas proximidades do P3A na cota de terreno 0,93m e apresentou três camadas de solo. A primeira camada de solo natural argiloso, siltoso, muito arenoso, granulometria grossa compacto de duro a duro, com
55 9,70m de profundidade sendo avançado o primeiro metro com trado, e após seguiu-se usando a sondagem à percussão. A seguiu-segunda camada, com 6,30m de profundidade apresentou um solo do tipo argila-siltosa, plástica, cinza escura com granulometria grossa de média a média. E a última camada com 7,30 metros de espessura, apresentou a alteração do solo para rocha granítica, de dura a muito dura chegando ao impenetrável à sondagem a percussão com 23,30 metros de profundidade após lavagem de 30 minutos e zero metros de avanço, com uma média de golpes de 19.
4.1.4 SPT-09
O SP-09 foi executado próximo ao bloco P6A na extremidade esquerda do prédio, também apresentando 3 camadas de solo, a primeira com 9,00 metros de profundidade contendo solo natural, argiloso, siltoso, muito arenoso, granulometria grossa, compacto, de duro a duro de difícil penetração a sondagem, esta camada teve o primeiro metro realizado com trado e os demais executados através de sondagem a percussão. A segunda camada com 6,80 metros de espessura, argila-siltosa, plástica, cinza escura com granulometria grossa de média a média. E a última camada com 8,50 metros de espessura, apresentou a alteração do solo para rocha granítica, de dura a muito dura chegando ao impenetrável à sondagem a percussão com 24,30 metros de profundidade após lavagem de 30 minutos e zero metros de avanço, com uma média de golpes de 18.
4.2 PERFIL DE SOLO SEGUNDO SPT
De acordo com as cotas dos topos rochosos dividiu-se em duas regiões o local de estudo, adotando-se os parâmetros estabelecidos pela norma NBR 6484 (Tabela 1), conforme pôde ser verificado na Figura 24. Nomeou-se como Região 01 o local onde foram executadas as sondagens SP-08 e SP-09, que apresentaram o impenetrável a percussão com 23,30m e 24,30m de profundidade respectivamente. E a Região 02, compreende a outra parte do terreno, onde executaram-se os furos de sondagens SP-06 e SP-07, que de acordo com os boletins apresentaram o impenetrável à percussão com 17,30m e 17,10m de profundidade.
56 Elaboraram-se dois perfis representando os furos de sondagem executados, interpolando as cotas do terreno, para obter a cota no local da execução dos furos, a fim de analisar o subsolo. Na análise do Perfil 01 (Figura 25) composto pelas sondagens SP-08 e SP-09 identificou-se um solo argiloso com 3 camadas características, a primeira apresentou um solo rijo com o intervalo de Nspt de 12 a 19 golpes, na segunda camada verificou-se uma queda significativa no número de golpes, apresentando um Nspt de 6 a 8 e um solo com consistência média e finalizando o perfil, a terceira camada com um Nspt de 15 a 45 golpes demostrando um solo duro a muito duro.
Figura 25 - Perfil de solo 01 baseado na sondagem SPT.
Fonte: Elaboração das autoras (2020).
Analisou-se o Perfil 02 (Figura 26) composto pelas sondagens SP-06 e SP-07 e caracterizou-se um solo arenoso com 4 camadas, a primeira apresentou um solo
57 medianamente compacto à compacto com Nspt de 9 a 24, a segunda camada com Nspt de 24 e solo compacto, na terceira camada houve uma queda no número de Nspt passando ao intervalo de 6 a 8 golpes mostrando um solo pouco compacto e a quarta e última camada, o Nspt foi de 24 à 45 golpes, identificando um solo compacto à muito compacto.
Figura 26 - Perfil de solo 02 baseado na sondagem SPT.
Fonte: Elaboração das autoras (2020).
4.3 ANÁLISE DA SONDAGEM GEOFÍSICA
Após o uso da campanha de sondagens diretas para projetar a fundação do empreendimento, a construtora iniciou a implementação, mas ao contrário do que se esperava, a sondagem SPT não foi conclusiva, pois de acordo com a equipe de obra, logo após iniciar as escavações foram encontrados muitos matacos de rocha
