MECNICA DOS SOLOS II

Aula 1: INVESTIGAES GEOTCNICASMECNICA DOS SOLOS IIJulho de 2015Para Pensar...Que voc entende por investigao geotcnica?

Que informaes so obtidas numa investigao geotcnica?

Quais so os objetivos da investigao do terreno?

A informao solicitada nem sempre a informao necessria.

A informao necessria nem sempre pode ser obtida.

A informao obtida nem sempre suficiente.

A informao suficiente nem sempre vivel.

Porque Investigar?A falta de investigao geotcnica ou a m interpretao de dados, resulta em:

Projetos inadequados,Atrasos na obra,Aumento de custos por modificaes de ltima hora e remediao, Problemas ambientais e at mesmo a ruptura da obra.

A investigao geotcnica alm de minimizar os riscos e custos, uma forma de demonstrar responsabilidade para com a sociedade e respeito natureza.

Para que Serve?A investigao geotcnica alm de permitir a identificao de caractersticas geomtricas e estruturais que podem condicionar determinadas solues, ela pode fornecer parmetros para projeto e anlises. Estes parmetros podem ser classificados em trs grupos: resistncia, deformabilidade e fluxo.

Programa de InvestigaoCaractersticas do meio fsico.Complexidade da obra.

Mtodos de Investigao segundo Peck (1969)

Mtodo I: Investigao geotcnica limitada, adotando uma abordagem conservativa. FS >Mtodo II: Investigao geotcnica limitadas e projetar com recomendaes baseadas em prtica regional. Mtodo III: Investigao geotcnica detalhada.Ensaios Mais Utilizados

EnsaiosSPT (Standard Penetration Test)Reconhecimento inicial, camadas, amostras, nvel dgua,compacidade, consistncia;

CPT e CPTu (Ensaio de cone e Piezocone)Camadas, resistncia,deformabilidade, tempo de adensamento;

DMT (DilatoMeter Test)Camadas, resistncia, deformabilidade;

EnsaiosMPM (Ensaio piezomtrico tipo Mnard)Comportamento tenso deformao de solos in-situ.

Vane Test (Ensaio de palheta)Resistncia ao cisalhamento no drenada em argilas moles.

Aplicabilidade e uso dos ensaios

Seleo do tipo de Ensaio

Mtodos de AnliseMtodos Diretos: podem ser empricos ou semiempricos, tem fundamentao estatstica. Medidas correlacionadas ao desempenho de obras geotcnicas.

Permitem a retirada de amostras do solo, e consequentemente, sua identificao, classificao e a resistncia das suas diversas camadas.

Mtodos de AnliseMtodos Indiretos: Resultados aplicados a previso de propriedades constitutivas dos solos.

Permitem determinar apenas a existncia de singularidades no terreno como, por exemplo, a presena de grandes blocos de rocha, cavidades subterrneas, espessuras de camadas e a presena ou no de lenol fretico.

TIPOS DE SONDAGENSSONDAGENS A TRADO:Sondagem ligeira executada manual ou mecanicamente utilizando trado concha, cavadeira, helicoidal ou espiral. Retira amostras deformadas em bom volume. Com pequeno alcance, at 15 metros.

Retira amostras deformadasLimitaes de profundidade:

tima : at 6mBoa : at 8mProfunda: at 12mMuito Profunda : at 15 metros

Limitada a profundidades acima do Nvel de gua.

TIPOS DE SONDAGENSVantagens:

Rpida e barata

Colhe um volume razovel de amostra, suficiente para a realizao de ensaios de caracterizao e compactao.

No exige equipamento nem mo de obra especializada.TIPOS DE SONDAGENSDesvantagens:

Rasas. Geralmente inadequadas para projetos de fundaes.

No colhe amostras indeformadas, permitindo somente a realizao de ensaios onde a estrutura de amostragem noprecisa ser preservada.

No da ideia nem oferece um ndice de resistncia, como no caso do SPT.AMOSTRAS DEFORMADASCaracterizao e classificao do tipo de solo.

Ensaios de granulometria completa e plasticidade.

Ensaios de compactao.

Ensaios de CBR (California Bearing Ratio) em amostras compactadas.

Ensaios mineralgicos.

Com estes ensaios pode-se determinar o tipo de solo e se ele pode ser usado em um tipo de obra especifica

TIPOS DE TRADO

TIPOS DE SONDAGENSSONDAGENS A PERCUSSO STANDARDConsiste na cravao de um amostrador padro com dimetro de 2, com coleta simultnea de amostra, sob o impacto de um pilo de 65kg que cai de 75cm de altura. Utiliza-se o equipamento manual -trip com sarilho -operado por trs pessoas ou equipamento mecnico motorizado. Alm das amostras fornece ndice de resistncia, o SPT.

Aplicabilidade:

Obras da Engenharia Geotcnica, Fundaes, Barragens, Tneis, Pavimentao, Escavaes, Vnculos e Pontes. Alcana at 40m de profundidade de solo compacto.

TIPOS DE SONDAGENSEquipamento

Trip de sondagem, bomba dgua, amostradores, chaves e hastes.

Martelo - SPT

Massa de ferro de forma prismtica ou cilndrica, de 65 kg. Os martelos podem ser elevados manualmente ou por meio de guincho. Os martelos automticos , com auxlio de motores hidrulicos proporcionan melhor controle e reprodutibilidade do procedimento.Amostrador - SPT

TIPOS DE SONDAGENSCaractersticas

Limitado ao impenetrvel,atinge a profundidade mxima de 40m tima: at 10m Boa: at 20 m Profunda: at 30 m Muito Profunda: at 40mAvana abaixo do lenol fretico

Avano aps o impenetrvel atravs do Cone Dinmico (DCPT), de lavagem e/ou Rotativa

Procedimentos - SPTPosicionar o amostrador no fundo da perfurao;

Colocar o martelo sobre a cabea de bater;

Marcar sobre a haste trs segmentos de 15 cm cada um;

Iniciar a cravao, contando o nmero de golpes para cada segmento (5/15, 7/15 e 9/15) ;

Procedimentos - SPTO nmero de golpes Nspt utilizado nos projetos de engenharia a soma dos valores correspondentes a os ltimos 30 cm de penetrao do amostrador.

P.ex., 5/15, 7/15 e 9/15 Resultado Nspt = 16Apresentao dos Resultados

TIPOS DE SONDAGENSVantagens:

Rpida e barata.

Fornece ndice de resistncia.

possvel coletar amostra.

No exige equipamentos nem mo de obra especializada.TIPOS DE SONDAGENSDesvantagens:

Cravao Dinmica (no simula o comportamento esttico das obras como o caso do cone CPT).

Colhe somente amostra deformadas, permitindo somente ensaios de caracterizao.Amostras - SPTAmostras Obtidas: Deformadas

Ensaios a realizar:Granulometria (Hidrmetro e peneiramento);Umidade natural;Limites de consistncia (IL, IP, IC);Mineralogia.

O que no pode ser feito!!!!Compresso no confinada;Cisalhamento direto;Ensaios triaxiais.

Interpretao dos Resultados

Clayton (1993)Fatores determinantes na medida de SPTFatorInflunciandice de vaziosReduo do ndice aumenta a resistncia penetraoTamanho mdio da partculaAumento do tamanho mdio aumenta a resistncia penetraoCoeficente de uniformidadeSolos uniformes apresentam menor resistncia penetraoPresso neutraSolos finos densos dilatam e aumentam a resistncia; solos finos muito fofos podem liquefazer no ensaioAngulosidade das partculasAumento da angulosidade aumenta a resistncia penetraoCimentao aumenta a resistnciaNvel de tensesAumento de tenso vertical ou horizontal aumenta a resistnciaIdadeAumento da idade do depsito aumenta a resistnciaSondagens RotativasConsiste na perfurao das rochas e solos duros atravs de sondas rotativas, utilizando-se composies acopladas a bombas de circulao de gua (barriletes, revestimentos e hastes), para refrigerar a coroa cortante e retirar detritos e p de rochas.

Aplicabilidade:

Aplicada principalmente na coleta de amostras para Barragens, Tneis, Pontes e obras de Minerao, e no avano de sondagens a percusso alm do impenetrvel ao trpano de lavagem e ao SPT.

Sondagem RotativaEquipamento

Sonda Rotativa, trip ou torre, bomba dgua, composies de revestimentos, barriletes amostradores, coroa, sapatas alargadores hastes, etc.

Caractersticas

Perfura Rochas e solos duros em furo com dimetro at 5.Recupera amostras de rochas e solos utilizando-se barriletes especiais.Fornece o fator de recuperao FR e/ou RDQ.Sem limites de profundidade.

Sondagem Rotativa

31214111015169876541321

Tipo de coroa:

Dureza Abrasividade Granulometria Homogeneidade

Sondagem Rotativa

Tipos de coroas:

Sondagem RotativaOcas: em forma de anel para permitir a entrada do testemunho no barrilete.

Tipos de coroas:

Sondagem RotativaCompactas: somente com funo de triturar, sem produzir testemunho.

Sondagem RotativaGrau de fraturamento

Sondagem RotativaGrau de alterao

Sondagem RotativaTipos de Barriletes

Simples

Duplos

Duplos livres

Sondagem Rotativandice RQD

Leva em considerao a qualidade da rocha em testemunhos de sondagem.

uma modificao da porcentagem de recuperao da sondagem que considera apenas pedaos de testemunho iguais ou maiores que 100mm.

No leva em considerao parmetros importantes como orientao e qualidades das descontinuidades.Sondagem Rotativa

Exemplo

Sondagem Rotativandice RQD

Sondagem RotativaVantagens:

Perfura e retira amostras de rochas.

Perfura abaixo do impenetrvel ao SPT

Permite execuo de sondagem Mista SPT/BX

Desvantagens:

Exige equipamentos e mo de obra qualificada

No mede ndice de resistncia

Sondagem Rotativa

Nmero e profundidade das sondagensCondies:

Se a investigao de carter preliminar ou definitivo.

Reconhecer, antes da execuo das sondagens, as condies geolgicas da rea, por meio de observaes de superfcie ou mapas geolgicos existentes. Nmero e profundidade das sondagensNormas Brasileiras:

rea de 200 m2 a 1.200 m2. Uma sondagem/200 m2rea de 1.200 a 2.400 m2. Uma sondagem/400 m2rea acima de 2.400 m2. Critrios particulares. TIPOS DE SONDAGENSSONDAGENS ESPECIAIS DE RECONHECIMENTO

Dados mais elaborados sobre o macio: compressibilidade, resistncia ao cisalhamento, permeabilidade ou relaes de tenso deformao.

Na tentativa de diminuir o grau de destruio da amostra, foi criado em 1930 um amostrador que atende a certas caractersticas de dimenses, chamado de Amostrador Especial, tambm conhecido por Shelby.

Estes amostradores so constitudos por um corpo cilndrico (geralmente de lato) com ponta bizelada, acoplada a uma cabea especial.TIPOS DE SONDAGENSTipos de Amostradores Especiais:

Estes amostradores so constitudos por um corpo cilndrico (geralmente de lato) com ponta bizelada, acoplada a uma cabea especial.

Amostrador de PistoAmostrador SuecoAmostrador denisonAmostrador integral

TIPOS DE SONDAGENS

Metodologia empregada na amostragem com tubos shebies. TIPOS DE SONDAGENS

Procedimentos seguidos aps a retirada da amostra com tubo shelby. AMOSTRAS INDEFORMADASUtilizadas para obteno de parmetros geotcnicos que procuram simular as condies reais de solicitaes dos solos.

Parmetros de resistncia C (coeso) e (ngulo de atrito interno).

Ensaios de adensamento, por exemplo para a previso de recalques em fundaes diretas.

Ensaios de permeabilidade.

AMOSTRAS INDEFORMADASAmostras podem ser obtidas:PoosTrincheiras ou nas proximidades da superfcie.

Retirada de amostras:Bloco cbico de diferentes dimenses: 20 x 20 x 20 cm, 30 x 30 x 30 cm, 40 x 40 x 40 cm.

O amostrador de blocos composto de uma caixa desmontvel que envolve a amostra no local e montado e selado com parafina.

AMOSTRAS INDEFORMADASEtapas de Amostragem:Escolhido o local da amostragem, escava-se em torno da amostra com largura suficiente para permitir o tombamento e a retirada do bloco.

Coloca-se a caixa com quatro lados montados em volta da amostra e preenchem-se os espaos laterais e no topo com areia ou serragem.

Cuidadosamente, utilizando colheres de pedreiro, corta-se a base da amostra e tomba-se lentamente o bloco segurado a base para no deslizar fora da caixa.

Retira-se a caixa com o bloco de amostra, posiciona-se com a base para cima, envolve-se num tecido fibroso(juta o sinttico) e aplica-se parafina derretida com o auxilio de um pincel at ficar com espessura suficiente que impea a perda de umidade e a movimentao da amostra.

AMOSTRAS INDEFORMADASEtapas de Amostragem:Aps a amostragem no campo, a caixa contendo o bloco transportada com cuidado ate o laboratrio e permanecera em cmera mida ate ser aberto para retirada de corpos de prova.

ENSAIO CPT E CPTUOs ensaios CPT (cone penetration test) e CPTU (piezocone com medio da presso intersticial) so considerados internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospeco geotcnica.

O princpio do ensaio consiste na cravao no terreno de uma ponteira cnica (60 de ngulo de abertura) a uma velocidade constante de 20mm/s. A seco transversal do cone apresenta uma rea de 10cm2

No ensaio CPT medem-se as resistncia de ponta e lateral: qc e fs.

No ensaio CPTU mede-se ainda a presso intersticial da gua. Ensaios de dissipao do excesso de presso intersticial gerado durante a cravao do piezocone no solo podem ser interpretados para a obteno do coeficiente de consolidao na direo horizontal Ch.

ENSAIO CPT E CPTUEnsaio CPTResistncia de ponta: qc [FL-2]Resistncia lateral: fs[FL-2]Razo de atrito: Rf=fs/qc

Ensaio CPTUResistncia de ponta corrigida: qt qt= qc + (1-a)u ; a = AN/AC

Parmetros adimensionais:Bq, Qt, Fr

Ensaio de Cone (CPTU)AplicaoClassificao e estratigrafia dos solosObteno de parmetros geotcnicosAplicao direta ao projeto de fundaesEstimativa da capacidade de carga e previso de recalques de fundaes superficiaisAvaliao do potencial de liquefao das areiasControle de compactao de solos arenosos profundosENSAIO CPTU

ENSAIO CPT E CPTU

ENSAIO DE PALHETA OU VANE TESTNormatizado pelaABNT NBR 10905/89 Solo Ensaios de palheta in situ eASTM D2573-08 Standard test method for field vane sher test in cohesive soil.

O ensaio de palheta um mtodo semi-indireto de investigao do subsolo. Este tipo de ensaio no fornece informaes sobre a natureza do terreno, sendo estas informaes obtidas a partir de correlaes indiretas.

O principal objetivo dos ensaios Vane adeterminao da resistncia ao cisalhamento no drenada de um estrato argiloso, podendo-se obt-la tanto para amostras em estado indeformado, quanto para amostras em estado deformado ou amolgado.

ENSAIO DE PALHETAO ensaio consiste na cravao esttica de palheta de ao, com seco transversal em formato de cruz, de dimenses padronizadas, inserida at a posio desejada para a execuo do teste.

ENSAIO DE PALHETAProcedimentoA ponteira cravada, utiliza o sistema duplo de hastes, visa eliminar qualquer atrito da haste da palheta de teste com o solo e elimina interferncias nas medidas de resistncia.

Uma vez posicionada, aplica torque ponteira por meio de unidade de medio,, com velocidade de 6 graus / minuto. O torque mximo permite a obteno do valor de resistncia no drenada do terreno, nas condies de solo natural indeformado.

Posteriormente, para obteno da resistncia no drenada, representativa de uma condio ps amolgamento da argila, gira-se a palheta rapidamente por 10 voltas consecutivas, obtendo-se a resistncia no drenada do terreno nas condies de solo amolgado, permitindo avaliar a sensibilidade da estrutura de formao natural do depsito argiloso.

ENSAIO DE PALHETAResultados:Grfico de torque em funo da rotao;Resistncia no drenada nas condies naturais (Su);Resistncia no drenada nas condies amolgadas;Sensibilidade da estrutura da argila.

ENSAIO DE PALHETACom base no torque medido, possvel determinar a resistncia ao cisalhamento no drenada do solo (Su), conforme a expresso:

Onde:M= torque mximomedido;D = dimetro da palheta ABNT : MB 3122

Aplicaes dos Resultados do SPTMtodos indiretos: os resultados do ensaio SPT so utilizados na previso de parmetros constitutivos, representativos do comportamento do solo.

B) Mtodos Diretos: os resultados do ensaio SPT so aplicados diretamente na previso de capacidade de carga ou recalque de um elemento de fundao.

Aplicaes dos Resultados

Stroud (1974)

Godoy (1996)Aplicaes dos Resultados

Mtodo de Schultze e Sherif (1973)Consideraes FinaisO ensaio SPT o mais utilizado na prtica corrente da geotecnia, especialmente em fundaes;

Utilizar equipamentos e metodologias padronizada;

Treinamento de pessoal e a superviso da realizao do ensaio para que os resultados sejam representativos e confiavel;

Nspt > 30, Solos resistentes e estveis Nspt < 5, Solos compressveis e pouco resistentes, estudos especializados, ensaio SPT no representativo.

Exerccio de aplicaoRocha impermevelCamada de solo fino argiloso de alta compresibilidade (CH)Ll= 85%Lp=35%Ip= 50%8 mSondagem 1Sondagem 2Sondagem 3Caractersticas do climaBaixa umidade (seca)No meio do perodo de chuvaFinal do perodo de chuvaumidade natural (%)15%45%80%N spt35144Exerccio de aplicaoCalcular para as trs sondagens o ngulo de atrito e coeso segundo a metodologia proposta por Godoy (1996).

Calcular para as trs sondagens o recalque de uma sapata de uma largura (B) de 2,0 m, presso de contato(P) de 180 kPa, profundidade de fundao de 1,0 m (D), comprimento da fundao (L) 10 m.

Qual sondagem no seria representativa mediante o ensaio SPT? Explique sua resposta.Hoja1

Materialndice de resistncia penetraoDesignaoAreias Nspt 600 - 3Muito fofa3 a 8fofa8 a 25mdia25 a 42densa 42 a 58muito densaArgilas Nspt 600 a 4muito mole4 a 8mole8 a 15firme15 a 30rija30 a 60muito rija> 60duraRochas brandas Nspt 600 a 80muito brandas80 a 200brandas> 200moderamente brandas

Hoja2

Hoja3