Sondagem

SUMÁRIO

1. Introdução...................................................................................04

1.2 Sondagem................................................................................. 05

1.3 Etapas da Sondagem................................................................. 06

1.3.1 Reconhecimento......................................................... 06

1.3.2 Prospecção................................................................... 07

1.3.3 Anteprojeto.................................................................. 08

1.3.4 Projeto Executivo........................................................ 08

1.3.5 Acompanhamento........................................................08

1.4 Equipamentos............................................................................09

1.5 Sondagem Rotativa...................................................................10

1.5.1 Equipamentos para Sondagem Rotativa.....................12

1.6 Localização dos Furos............................................................. 14

1.7 Profundidade do Furo.............................................................. 14

1.8 Inclinação das Sondagens.........................................................14

1.9 Conclusão................................................................................. 15

1. Introdução

Sondagem é um tipo de investigação do subsolo, bastante utilizado na construção civil, que tem como objetivo conhecer o tipo de terreno (argila, areia, rocha e etc.), as camadas que constituem os solos, suas resistências, nível do lençol freático e outras características que permitirão definir e dimensionar o tipo de fundação mais adequado da obra ou até mesmo, decidir pela necessidade de estudos geológicos mais aprofundados.

1. 2 SONDAGEM

Qualquer obra de engenharia civil, por mais simples que seja, só pode ser convenientemente projetada depois de um adequado conhecimento do terreno (subsolo) no local em que vai ser implantada. No caso de obras nas quais os solos ou rochas são utilizados como materiais de construção, como nas barragens, aterros, etc, torna-se também necessário conhecer o subsolo das áreas que servirão de jazidas ou empréstimos para estas obras.

O planejamento para uma exploração do subsolo visando obter informações e características de um terreno deverá ser função de alguns importantes fatores que serão comentados mais adiante.

O conhecimento adequado das condições do subsolo do local onde deverá ser executado a obra é fator essencial para que o engenheiro de projeto possa desenvolver alternativas que levem a soluções tecnicamente seguras e economicamente viáveis. O conhecimento das condições do subsolo deve vir de um planejado programa de investigação de forma a prover de dados, tanto o projetista quanto o construtor, no momento que deles necessitarem.

Um programa de investigação deve levar em consideração a importância e o tipo da obra, bem como a natureza do subsolo. Assim, a construção de um metro de uma barragem necessita de um conhecimento mais minucioso do subsolo do que aquele necessário à construção de uma residência térrea. Solos que apresentam características peculiares de comportamento, como colapso, alta compressibilidade, elevada sensibilidade, e outras exigem cuidados e técnicas diferentes das utilizadas em solos com comportamento típico.

Um programa de investigação deve fornecer várias informações do subsolo, dentre as mais importantes pode-se considerar:

• Espessura e dimensões em planta de cada camada para a profundidade de interesse do projeto, além da caracterização de cada camada através de observações locais ou de resultados de laboratório.

• Profundidade do topo da camada rochosa ou do material impenetrável ao amostrador. No caso da rocha, o tipo e suas condições geológicas.

• Existência de água com a respectiva posição do nível d’água no período da investigação e, se possível, sua variação durante o ano. Se for o caso indicar a existência de pressões artesianas.

• As propriedades do solo ou da rocha, tais como, permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento. Nem sempre os projetos necessitarão de todas estas informações, enquanto que para certos projetos específicos, alguns dados não relacionados acima poderão ser necessários.

1.3 ETAPAS DA SONDAGEM

Um programa de investigação deverá ser executado em etapas de tal forma que, de posse dos dados obtidos em uma fase a sua interpretação e utilização no projeto possam detectar novas necessidades e assim permitir elaborar um programa para a fase seguinte. Portanto, um programa de investigação poderá abranger as fases de reconhecimento, prospecção e acompanhamento.

1.3.1 RECONHECIMENTO

São determinadas as naturezas das formações locais, as características do subsolo para definir as áreas mais adequadas para as construções. Deve prover de informações necessárias ao desenvolvimento dos estudos iniciais da obra e também permitir que seja definida uma programação para a fase seguinte. Esta fase de investigação não será necessária para obras que se localizam em uma área limitada, sendo muito útil em obras que ocupam áreas maiores, como barragens e estradas.

O trabalho é desenvolvido principalmente no escritório com consulta a documentos existentes, tais como, mapas geológicos, aerofotos, trabalhos já executados no local para fins diversos, coleta de dados com moradores da região e qualquer outra fonte que possa melhorar o conhecimento do local. Se necessário, um geólogo ou engenheiro de solos deverá percorrer a região, realizando uma vistoria na região.

O conjunto de informações obtidas deve ser suficiente para o planejamento e execução do programa de trabalho para a fase seguinte.

1.3.2 PROSPECÇÃO

A prospecção é a fase da investigação que fornecerá características do subsolo de acordo com as necessidades do projeto ou do estágio em que a obra se encontra. Dessa forma, a prospecção poderá ser subdividida em preliminar, complementar ou localizada.

A prospecção preliminar deverá fornecer dados suficientes para permitir a localização das estruturas principais do projeto com a estimativa de seus custos, bem como definir a viabilidade técnica-econômica da obra. A espessura e dimensões em planta das camadas que serão exigidas pela construção, deverão ser estudadas com os detalhes devidos. A possível área de empréstimo deverá ser investigada e o volume determinado para cada uma delas. A retirada de amostras do terreno de fundação das estruturas e das áreas de empréstimo para ensaios de laboratório, será necessária para a determinação das propriedades e comportamento dos solos. Não havendo disponibilidade de mapas geológicos da região, deverão ser realizados trabalhos de mapeamento do local com traçado de seções nas direções principais do projeto. A dimensão do programa nesta fase dependerá da natureza do projeto e do solo e deve ser suficientemente flexível para permitir ajustes que levem ao melhor projeto.

A prospecção complementar deverá preencher as lacunas deixadas pelo programa anterior, realizando investigações adicionais. Durante a prospecção preliminar, possivelmente alguns aspectos particulares do subsolo tenham sido despercebidos em alguns pontos. Neste caso haverá a necessidade de se executar uma exploração detalhada nestes locais através da retirada de amostras de grande diâmetro, ensaios in situ e abertura de poços ou túneis. As informações obtidas até esse momento não são suficientes para à preparação do edital de concorrência e na elaboração e especificação de construção.

A prospecção localizada deverá ser realizada sempre que uma particular estrutura não pode ser adequadamente projetada ou o comportamento do solo não pode ser adequadamente avaliado com as informações obtidas anteriormente.

1.3.3 ANTEPROJETO

Realizados nos locais indicados na etapa anterior, permitindo a escolha de soluções para as obras e se for o caso o dimensionamento das fundações.

1.3.4 PROJETO EXECUTIVO

Tem por finalidade complementar as informações geotécnicas disponíveis, visando a resolução de problemas específicos do projeto de execução. Deve ser realizado sempre que surgem problemas não previstos nas etapas anteriores. Dependendo do vulto da obra e de suas peculiaridades, algumas das etapas assinaladas podem ser dispensadas.

NOTAS: 1.Tanto a escolha do método e da técnica como a amplitude das investigações devem ser funções das dimensões (cargas) e finalidades da obra. das características do terreno, inclusive dos dados disponíveis de investigações anteriores e da observação do comportamento de estruturas próximas. 2) Sem dúvida, para um estudo prévio, os mapas geológicos fornecem muitas vezes indicações úteis sobre a natureza dos terrenos.3) Da mesma forma, o conhecimento do comportamento de estruturas próximas existentes, em condições semelhantes à que se pretende projetar, no que diz respeito à pressão admissível do terreno, tipo de fundação e características da estrutura propicia valiosos subsídios.

1.3.5 ACOMPANHAMENTO

A fase de acompanhamento de uma investigação do subsolo começa durante a construção e continua após o termino da obra com a finalidade de se avaliar as hipóteses do projeto e fazer comparações entre o comportamento previsto e o apresentado pelo solo. Este acompanhamento é realizado através de instrumentos instalados antes e durante a construção para a medida da posição do nível d’água da pressão neutra, tensão total, recalque, deslocamento, vazão e outros itens que possam vir a interessar. Esta parte da mecânica dos solos, que vai desde o desenvolvimento dos instrumentos até a medida dos valores, constitui uma parte muito importante, denominada de instrumentação.

1.4 EQUIPAMENTOS

• Amostrador: deve ter, rigorosamente, as dimensões indicadas na Norma, pois que, quanto maior a seção ou mais espessa sua parede, maiores serão os índices de resistência, conservadas as demais variáveis.

• Haste de perfuração: hastes com massa maior levam a índices maiores, por absorverem uma maior quantidade da energia aplicada; por isto, foram normalizadas para terem massa variando entre 3,2 e 4,3 kg/m.

• Sistema de aplicação da energia: a utilização de um sistema mecânico, para erguimento do martelo, se por um lado traz vantagem por uma maior regularidade na altura de queda, por outra, trará desvantagem se houver o desenvolvimento de atrito entre corda e tambor, não permitindo a sua queda livre e acarretando aumentos dos índices obtidos.

• Tubo de revestimento: quanto maior o diâmetro do tubo de revestimento, maior será a interação com o solo. Os diâmetros internos normalizados são 67 e 76 m.

• Martelo: o coxim de madeira deve estar sempre em boas condições. Não deverá ocorrer golpe de metal-metal. Quanto a técnica de operação tem-se:

• O martelo deve cair sempre em queda livre e de altura constante igual a 75 cm. Com relação à primeira observação, a haste guia do martelo, mostrado na Figura 1, não poderá tocar internamente as hastes de perfuração. A opção de uso de um martelo de furo central (Figura 1) exige a verticalidade das hastes de perfuração, a fim de se evitar atrito.

Quanto à segunda observação, há uma tendência com o transcorrer do dia a diminuição da altura de queda devido ao cansaço dos operadores, e com isto aumentando-se os valores dos índices.

• A descida do amostrador em furos não revestidos deve ser feita com cuidado a fim de não provocar batida na parede e queda de material. Se isto acontecer, o amostrador deve ser retirado e realizar nova limpeza.

1.5 SONDAGEM ROTATIVA

Constituem um dos mais importantes e eficazes meios para a exploração de subsuperfície. Essas sondagens permitem a extração de amostras das rochas, de grandes profundidades. A sonda rotativa consta de:

a) Motor: elétrico, a gasolina ou a óleo, ligado a uma caixa de câmbio por um sistema de embreagem para mudanças de velocidade.

b) Coroa e pinhão: recebem a rotação do câmbio, para transmiti-la ao cabeçote.

c) Cabeçote: possui uma parte interna que recebe o movimento rotatório e, por um sistema de engrenagem, possui ainda um movimento de avanço longitudinal. O cabeçote possui um movimento completo de 180°, para imprimir o ângulo de perfuração.

d) Hastes: são tubos ocos de aço, presos superiormente ao cabeçote em pedaços de 3 m a 4 m, atarraxáveis entre si e transmitem o movimento ao fundo do furo. Elas transmitem o movimento de rotação gerado pela sonda á peça de corte (coroa).

e) Barrilete: é um tubo oco que se destina a receber o testemunho de sondagem (cilindro compacto da rocha perfurada). O barrilete é preso dentro da primeira haste a penetrar o solo e possui molas em bisel de vários tipos, para poder prender o testemunho quando de sua retirada. Eles influem no grau de recuperação da sondagem. Podem ser de tipos :

• Simples: Cilindro de aço, rochas duras e não fraturadas.

• Duplo Rígido: Dois cilindros de aço, um dentro do outro. Testemunho fica no tubo interno da camisa.

• Duplo Giratório: Outro tipo de barrilete com camisa, a camisa com rolamentos não sofre rotação.

f) Coroa alargadora: é uma peça oca, cilíndrica, cravada de diamantes, rosqueada na extremidade da primeira haste e serve para alargar o furo produzido pela coroa.

g) Coroa: é uma peça também cilíndrica, oca ou não, cravada de diamantes, rosqueada à coroa alargadora que corta a rocha, permitindo o avanço.

h) Cabeçote de circulação da água: é uma peça ligada ao cabeçote geral e à última haste, e por meio de rolamentos permanece fixo, enquanto que a haste continua seu movimento rotatório.

i) Mangueira de água: pressionada, são ligadas no sistema para a circulação da água que provém de uma bomba d'água.

j) Bomba d'água: consta de um motor para injetar sobre pressão a água ou lama para dentro das hastes.

k) Calibradores: os calibradores são anéis diamantados balanceados, fabricados com matriz de alta resistência a abrasão, brasados a um corpo tubular de aço carbono. Eles servem para ajustar o Ф do furo.

l) Tanque d'água ou de lama: podem ser construídos num buraco escavado perto das instalações da sondagem, ou ligados a uma série de tambores de 200 litros de capacidade, periodicamente reenchidos por um caminhão d'água. A água sob pressão penetra por dentro das hastes e reflui em forma de lama entre a haste e as paredes da rocha perfurada e é recolhida em uma calha destinada a recuperar a parte sólida, que normalmente consta de fragmentos da rocha cortada. Completando o esquema geral de uma sonda, ainda existe uma torre metálica com um sistema de guinchos, para poder levantar o sistema de hastes, quando se retira o barrilete para colher o testemunho.

Certos tipos de sondagens rotativas não permitem a extração de testemunho. As hastes são giradas e pressionadas contra o fundo do furo sem o barrilete. As brocas não são em forma de anel, mas podem ter formas variadas e são dotadas de um furo para passagem de água. A função da água é remover os detritos, esfriar a coroa, evitar o desmoronamento das paredes, etc.

Nas sondagens rotativas, além da determinação dos tipos de rochas e de seus contatos e dos elementos estruturais presentes (xistosidade, falhas, fraturas, dobras, etc.), é importante a determinação do estado da rocha, Lê-se do seu grau de fraturamento e de alteração ou decomposição.

1.5.1 EQUIPAMENTOS MAIS COMUNS PARA SONDAGEM ROTATIVA

1) Tipos do coroas

O "corpo" das coroas é sempre de aço, porém a parte cortante pode ser de diamante, aços especiais, carbeto de tungstênio, mistas, etc. Quanto à forma, podem ser;

• ocas, em forma de anel para permitir a entrada do testemunho no barrilete.

• compactas - somente com função de triturar, sem produzir o testemunho.

Entre as compactas pode ser citado o coroa-piloto, que possui um degrau na ponta e é comumente usada em rochas fraturadas ou de consistência muito variada e sobretudo se a perfuração faz um ângulo pequeno com o acamamento das rochas. Sua função é dirigir a perfuração, evitando desvios.

A coroa em forma de cauda de peixe tripla possui as facas de carbeto de tungstênio e só tritura. A coroa tricone possui três cones denteados com diâmetros diferentes, voltados para o centro da coroa. Emprega-se para petróleo.

As coroas a diamante classificam-se pelo seu diâmetro e pelo número de pedras por quilate. Diamantes grandes podem se fraturar, o desgaste é maior e possui menor número de arestas, em relação a muitas pedras de tamanho pequeno.

Em rochas pouco abrasivas, usam-se coroas com pedras grandes. Para rochas resistentes com minério de ferro, usam-se pedras pequenas em grande número. O número de pedras pode variar de 4 a 40 pedras por quilate.

Os diamantes podem ser restaurados, adicionando-se novas pedras aos lugares vazios ou mudando todas as pedras de posição.

Quando um diamante se desprende da coroa no fundo do furo, causa o perigo de desgastar as outras pedras.

Para evitar esse problema, há coroas impregnadas que são fabricadas misturando-se pó de diamante e pó de ferro com ligas especiais, de modo que, no aquecimento, o ferro chegue a fundir-se parcialmente, fixando o pó de diamante.

Tipos de coroas

2) Barrilete

Classificam-se em simples, duplos e duplos livres. Os simples constam de um tubo cilíndrico oco, onde o testemunho penetra e fica preso por molas em bisel. A água passa através do testemunho e sai por fora da coroa, e o barrilete gira juntamente com a haste. Há desgaste mecânico pelo giro do barrilete e desgaste mecânico e de dissolução pela água que passa através do testemunho. Os duplos possuem dois tubos concêntricos, evitando o desgaste pela água, porém, continua o desgaste mecânico, porque os dois tubos giram com a haste.

1.6 LOCALIZAÇÃO DOS FUROS

Marcado previamente na praça de sondagem, bem como a direção do furo, através de balizas posicionadas pela topografia. Alinhar a haste do mandril segundo o balizamento que orienta a direção do furo, conferindo a direção com a topografia.

Concluído o furo, é feito o levantamento topográfico definitivo da boca do furo (collar).

1.7 PROFUNDIDADE DO FURO

Durante sua execução: conferindo-se o comprimento das hastes utilizadas na coluna de perfuração, de tamanho padrão, calcula-se o somatório das hastes introduzidas no furo e suas frações medidas com trena além dos demais componentes como calibrador, coroa etc.

1.8 INCLINAÇÃO DAS SONDAGENS

► Verticais – as mais empregadas

► Inclinadas - alvos mais específicos:

• planos de falha,

• camadas,

• veios,

• filões

Conclusão

Basicamente a sondagem fornece todas as informações citadas acima. Um engenheiro de posse dessas informações poderá tomar decisões de projeto e execução mais eficientes, precisas, seguras e econômicas. Pode ser feita a seguinte analogia: Um médico dificilmente tomará decisões importantes no diagnóstico de um paciente apenas baseado no contato visual, sem antes executar investigações mais detalhadas (exames laboratoriais, raio X, etc.). O mesmo acontece na engenharia, um engenheiro com informações mais detalhadas poderá projetar ou escolher o melhor tipo de fundação, bem como sua provável cota de apoio de uma forma mais econômica, segura, eficiente. Com uma fundação adequada e bem dimensionada, dificilmente uma construção apresentará problemas.