Construindo sobre bases sólidas



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Encontro09.01.2018
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INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO PARA FUNDAÇÕES

SONDAGENS



A solução de qualquer problema de fundação de uma estrutura, seja ela de um edifício, uma ponte, um aterro ou uma estrada, requer o prévio conhecimento das características do subsolo de seu local de implantação.

Os requisitos técnicos a serem preenchidos pela investigação do subsolo são os seguintes :


  • determinação dos tipos de solo que ocorrem, no subsolo, até a profundidade de interesse do projeto;

  • determinação das condições de compacidade (areias) ou consistência (argilas) em que ocorrem os diversos tipos de solos;

  • determinação da espessura das camadas constituintes do subsolo e avaliação da orientação dos planos (superfícies) que as separam:

  • informação completa sobre a ocorrência de água no subsolo.


A satisfação dos requisitos acima requer a execução de perfurações (sondagens) até a profundidade desejada, com a simultânea retirada de amostras dos solos ao longo da perfuração.

A determinação das condições em que ocorrem os solos “ in situ ” é obtida por meio de métodos empíricos suplementados por ensaios de laboratório.

No caso de solos arenosos, a compacidade pode ser estimada mediante correlações empíricas, como a da resistência à penetração medida, durante a realização das sondagens. No caso de solos argilosos, a consistência pode também ser avaliada pela resistência à penetração, sendo no entanto preferível, face à precariedade dessa estimativa, medi-la em laboratório a partir da retirada de uma amostra indeformada.

A determinação da espessura das várias camadas constituintes do subsolo é feita, durante o processo de perfuração, observando-se os solos que vão sendo removidos à medida que o furo avança. A amostragem dos solos é feita a cada metro, reduzindo, assim, a possibilidade de erros grosseiros quanto à determinação dos pontos de passagem de um tipo de solo para outro.

A avaliação da orientação dos planos de separação das diversas camadas pode ser feita mediante uma criteriosa distribuição, em planta, dos pontos de sondagem e posterior interpretação dos resultados, ou seja, da interligação dos resultados de cada sondagem para obtenção de um perfil do subsolo.

A ocorrência de água no subsolo pode ser verificada durante o avanço da sondagem. Normalmente essa determinação é simples, no caso de solos arenosos, sendo mais difícil, no caso de solos argilosos, devido a sua baixa permeabilidade.

No caso de subsolo estratificado, apresentando camadas alternadas de areia e argila, é freqüente a ocorrência de mais de um nível de água, bem como da existência de água sob pressão ( artesianismo ). O reconhecimento destas condições especiais de ocorrência de água subterrânea é de suma importância, em certos casos, como por exemplo em escavações profundas, mas sua constatação nem sempre é fácil, requerendo, muitas vezes, a execução de sondagens com cuidados especiais, afim de estudar o comportamento da água subterrânea.

Na investigação do subsolo para fins de fundações, o tipo de sondagem mais empregada é a de “percussão” ou de “simples reconhecimento”. A sondagem é conduzida por meio de uma perfuração do terreno acompanhada da extração de amostras dos solos para sua identificação.

Nas sondagens de percussão, as amostras de solo são colhidas por meio da cravação dinâmica de amostradores com dimensões padronizadas. Normalmente, as amostras são retiradas a cada metro de profundidade, intervalo este que pode ser reduzido, em caso de grande heterogeneidade do subsolo ou, quando se deseja obter um maior volume de solo para ensaios de caracterização no laboratório.

EXECUÇÃO DA SONDAGEM

Em 1930, Mohr introduziu a técnica da contagem do número de golpes necessários à cravação de parte de um amostrador no solo, graças à energia gerada pela queda livre de um martelo de massa e altura de queda padronizadas, criando uma medida da resistência à penetração dinâmica no solo, que passou a ser denominado S.P.T.Standart Penetration Test.

Dentre as vantagens do SPT podem-se enumerar :
  • Baixo custo


  • Simplicidade de execução

  • Possibilidade de colher amostras

  • Determinação da posição do lençol freático

  • Informações da consistência e compacidade do solo

Uma sondagem de simples reconhecimento pode ser subdividida nas seguintes fases:

  • Abertura do furo

  • Ensaio de penetração

  • Amostragem

  • Avaliação do nível de água

  • Identificação e classificação da amostra

A execução de uma sondagem é um processo repetitivo, que engloba as três primeiras fases a cada metro de solo sondado.

A
ssim, em cada metro faz-se, inicialmente, a abertura do furo com um comprimento igual a 55 cm, deixando-se os restantes 45 cm para a realização do ensaio de penetração e amostragem, como esquematizado na figura apresentada a seguir.

A abertura do furo é iniciada com um trado do tipo cavadeira, de 100 mm de diâmetro, até completar o primeiro metro, quando deverá ser colocado o primeiro segmento do tubo de revestimento, dotado de sapata cortante em sua ponta, para facilitar a cravação de outros segmentos.

A partir do segundo metro, e até atingir o nível de água, a abertura deverá ser feita com um trado helicoidal. Abaixo do nível de água, a abertura será realizada pelo processo de circulação de água, com o mesmo equipamento usado para a amostragem.

A lama , formada por partículas desagregadas de solo devido à injeção de água sob pressão, percussão e rotação do trépano, retornará pelo anel formado pelo tubo de revestimento e hastes de perfuração, sendo depositada em reservatório próprio.

Nesta fase, o mestre sondador irá recolhendo amostras de lama na bica e, identificando o solo para detectar possível mudança de camada. Quando a cota de ensaio for atingida, suspende-se o conjunto e deixa-se circular água até que, na bica, não se perceba a existência de partículas. O furo estará então preparado para o ensaio de penetração.

As fases de ensaio e de amostragem são realizadas simultaneamente, utilizando-se um tripé, um martelo de massa igual a 65kg e uma haste que servirá de guia durante a queda.

Após a colocação do amostrador, esse deverá ser descido com cuidado, para evitar batidas nas paredes e apoiado, suavemente, no fundo do furo. A seguir, deve-se fixar a cabeça de bater no topo das hastes e apoiar o martelo sobre esta peça, anotando-se a eventual penetração das hastes no solo.

A partir de um ponto fixo qualquer, marcam-se, sobre as hastes, três segmentos de 15 cm cada. O martelo é, então, elevado manualmente 75 cm, contados a partir do topo da cabeça de bater, e deixado cair em queda livre.

Essa operação deverá se repetir até que o amostrador tenha penetrado 45 cm no solo. Durante a penetração, deve ser contado o número de golpes necessários à cravação de cada 15 cm.

Na figura apresentada a seguir é mostrado, esquematicamente, o equipamento empregado na realização da sondagem:



Equipamento para realização de sondagem a percussão




RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO


O amostrador é cravado 45 cm no solo, sendo anotado o número de golpes necessários à penetração de cada 15 cm. Quando se emprega o amostrador tipo Terzaghi - Peck , obtém-se o denominado Índice de Resistência à Penetração, ,através do número de golpes do peso padrão, caindo de uma altura de 75 cm, considerando-se o número necessário à penetração dos últimos 30 cm do amostrador, ou seja, desprezando-se os primeiros 15 cm. A resistência à penetração, assim medida, é conhecida por S.P.T.

A tabela mostrada a seguir apresenta correlações empíricas utilizadas em nosso meio técnico, que permitem uma estimativa da compacidade das areias e da consistência das argilas “in situ ”, a partir da resistência à penetração medida nas sondagens. Destaca-se que esta resistência corresponde à penetração do amostrador de 15 a 45 cm, como já comentado anteriormente.



COMPACIDADES E CONSISTÊNCIAS SEGUNDO

A RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – S.P.T.

SOLO

DENOMINAÇÃO

NÚMERO DE GOLPES


COMPACIDADE DE

AREIAS E

SILTES ARENOSOS

FÔFA

4

POUCO COMPACTA

5 – 8

MED. COMPACTA

9 – 18

COMPACTA

19 – 41

MUITO COMPACTA

41


CONSISTÊNCIA DE

ARGILAS E

SILTES ARGILOSOS

MUITO MOLE

2

MOLE

2 – 5

MÉDIA

6 – 10

RIJA

11 – 19

DURA

19

É importante salientar que essas correlações, envolvendo a resistência à penetração dinâmica e a consistência das argilas, estão sujeitas a erros grosseiros, devido à diferença de comportamento das argilas, quando submetidas a cargas estáticas ou dinâmicas e ao amolgamento ( deformação ) que estas sofrem pela penetração de amostradores com paredes grossas. Por outro lado, estes fatores já não têm grande influência no caso da estimativa da compacidade das areias, obtidas a partir de dados da resistência à penetração.

OCORRÊNCIA DE OBSTRUÇÕES

Durante a execução de uma sondagem, o avanço da perfuração pode ser impedido pela ocorrência de uma obstrução. Em geral, as obstruções naturais são constituídas por matacões (pedras dispersas no subsolo, com grandes dimensões), o que pode levar a erros, caso se confunda a presença de um matacão com a rocha local.

Para dirimir dúvidas, quando se atinge uma obstrução, constitui boa técnica de sondagem verificar a continuidade horizontal deste material, a fim de se certificar de que se trata mesmo do embasamento rochoso e não, de um matacão.

Essa verificação pode ser realizada, executando-se uma nova sondagem a 3m, em planta, daquela onde foi detectada a obstrução, devendo esta ser levada à profundidade anterior. Se for confirmada a ocorrência de obstrução na mesma profundidade, a sondagem deverá ser novamente deslocada de 3m numa direção ortogonal ao primeiro deslocamento. Persistindo a ocorrência do material impenetrável, a sondagem poderá ser interrompida com razoável certeza de se ter atingido rocha e não, um matacão.

Em alguns solos residuais ( provenientes da decomposição da rocha local ), o número de matacões dispersos pode ser tão grande que torna, praticamente, impossível a execução apenas de sondagens de percussão. Nestes casos, pode-se proceder à investigação, empregando-se, conjuntamente, o equipamento de percussão para as zonas de solo e equipamento de sondagem rotativa para perfurar os matacões.

PROGRAMAÇÃO DOS TRABALHOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
O programa e os processos de investigação do subsolo dependem do tipo, porte e valor da obra a ser construída, como também do tempo e equipamentos disponíveis. Não se pode pensar em dispender, na investigação do subsolo para as fundações de uma residência, o mesmo que se gastaria, no caso de um edifício de 30 pavimentos. Além disso, o cronograma de construção de uma obra tem que ser levado em consideração, no planejamento da investigação, sob pena de não se ter a informação desejada em tempo hábil.

Os fatores acima mencionados variam de obra para obra, permitindo apenas a fixação de diretrizes básicas a serem seguidas, na programação dos trabalhos. Desta forma, o programa deve sempre ser iniciado por uma caracterização geral do subsolo, a partir da qual se podem identificar fatores que exigem uma investigação mais detalhada.

Essa investigação preliminar é, normalmente, feita por meio de sondagens de percussão, em pontos criteriosamente distribuídos, na área em estudo, que devem ser conduzidas até uma profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir, significativamente, no comportamento da fundação.

No caso de fundações para edifícios, o número mínimo de pontos de sondagem a realizar é função da área a ser construída, podendo-se adotar os valores constantes da tabela.

As sondagens deverão ser distribuídas em planta, de maneira a cobrir toda a área em estudo, de tal forma que não sejam necessárias extrapolações. A distância máxima entre sondagens deve ser limitada a 25m, a não ser que o subsolo, na região, seja suficientemente conhecido e não apresente grandes variações no sentido horizontal.

Nas figuras a seguir são apresentados alguns exemplos de locação de sondagens em pequenos lotes de terreno, destacando-se a preocupação em não alinhar os pontos de sondagem.

ÁREA CONSTRUÍDA

( m2 )

NÚMERO MÍNIMO

DE SONDAGENS

200

2

200 a 400

3

400 a 600

3

600 a 800

4

800 a 1000

5

1000 a 1200

6

1200 a 1600

7

1600 a 2000

8

2000 a 2400

9

2400

A critério





EXEMPLOS DE LOCAÇÃO DE SONDAGENS

A profundidade das sondagens depende das características do subsolo, principalmente, quando essas forem desfavoráveis, apresentando, por exemplo, camadas espessas de argilas moles ou areias fofas. Cite-se , como exemplo, regiões onde é frequente a ocorrência de argilas orgânicas moles, atingindo mais de 20m de profundidade. Nestes locais, as sondagens, mesmo para obras de pequeno porte, têm necessariamente que atingir 25 a 30m.

Como ponto de partida para estimativas em locais desconhecidos, pode-se recomendar uma profundidade de 15 a 20m para obras de porte médio, em condições normais de subsolo. Essa profundidade pode ser corrigida, à medida que os primeiros resultados forem sendo conhecidos.

APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Os dados obtidos em uma investigação do subsolo, por meio de sondagens de percussão, são normalmente apresentados na forma de um perfil do subsolo.

A posição das sondagens é amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locação. O nível da boca do furo de sondagem é referido a uma referência de nível – R.N. – bem definido.

As resistências à penetração são indicadas por números à esquerda da vertical da sondagem, nas respectivas cotas de medição. A posição do nível d’água – N.A. – é também indicada, bem como a data de sua medição, dado este muito importante, pois variações de 1 a 2 m podem ser constatadas na passagem, de um período de seca para um, de chuvas.

A utilização da “resistência à penetração”, como parâmetro para determinação da taxa de trabalho para dimensionamento de fundações diretas e tubulões, bem como para estimativa do comprimento de estacas, é prática bastante usual. Desta forma, alguns dos inúmeros fatores, que conduzem a erros na sua medição, merecem ser salientados.

Basicamente, esses fatores podem ser divididos em dois grupos :

  1. fatores ligados ao equipamento empregado

  • dimensões e estado de conservação do amostrador ;

  • peso de bater não calibrado ou sem coxim de madeira ;

  • uso de hastes de diferentes pesos, etc.

  1. fatores ligados à execução da sondagem

  • má limpeza do furo ;

  • furo não alargado, suficientemente, para passagem livre do amostrador ;

  • variação da altura de queda do peso;

  • erro na contagem do número de golpes, etc.


Desses fatores, aqueles ligados à execução da sondagem são os de mais difícil controle e , por isso mesmo, devem exigir maior fiscalização por parte do engenheiro.

A
título de exemplificação é mostrado, a seguir, um perfil de subsolo.



TEXTO TRANSCRITO DE : GODOY, N. S. , Investigação do subsolo para fundações, Notas de aula, 27pp., Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, SP, 1971.

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