INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC

Departamento de Engenharia Civil - DEC

INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS

DANIEL VEITEX PRATES

juan abreu proença

shayene mathias

Orientador: Professor Mestre Jonatas Sosnoski

Coorientador: Engenheira Civil Ariane Lúcia Oss-Emer

Introdução

A abrangência de uma campanha de investigação depende de fatores relacionados às características do meio físico, à complexidade da obra e aos riscos envolvidos, que, combinados, deverão determinar a estratégia adotada no projeto (SCHNAID; ODEBRECHT, 2012).

Desta forma, este trabalho tem por objetivo definir conceitos, exemplificar tipo de usos e citar normas vigentes com o intuito de nortear os futuros trabalhos de jovens engenheiros civis da área de Geotecnia.

Deve-se utilizar o Sondagem Rotativa, Sondagem Vane Test e/ou Dilatômetro de Marchetti? O que são amostras deformadas e indeformadas? Fazendo-se o uso de bibliografias, estas são algumas das perguntas das quais serão respondidas.

Desenvolvimento

Coleta de amostras deformadas e indeformadas

 AMOSTRAS DEFORMADAS

A amostra deformada de solo é aquela retirada com a destruição ou modificação apreciável de suas características in situ, também chamada de amostra amolgada quando ocorre a fragmentação do material amostrado. O solo retirado pode ser utilizado na identificação táctil-visual, na preparação dos corpos de provas para ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento, no ensaio de compactação e nos ensaios de classificação: granolumetria, limites de consistência e massa especifica dos sólidos. (TORRES GEOTECNIA, 2021)

Segundo o DNER-PRO 003/94 os equipamentos e materiais utilizados para coleta de amostras deformadas são: balde; corda; haste de conexão; pá; paceta; picareta; trado de concha; trado helicoidal; trado mecânico; lona; saco de amostras de lona ou plástico com capacidade de, no mínimo, 60 kg; vidros com tampa ou recipiente plástico com capacidade de cerca de 0,5 kg; trena, etiqueta de identificação; boletim de sondagem; “metro”; barbante.

Este normativo também norteia a respeito do processo de perfuração, coleta de amostras, identificação do solo e relatórios de campo. Sendo assim, uma ferramenta de conhecimento na vida do engenheiro.

Figura 1 — Tipos de trado
Tipos de tradoOs autores (2021)

Conforme a NBR 6484/01 o procedimento de coleta através do ensaio SPT (standard penetration test) é capaz de determinar o índice de resistência à penetração (N), mas também de coletar amostras de forma econômica e rápida, além de poder ser aplicado em quase todos os solos.

O Standard Penetration Test (SPT) é, reconhecidamente, a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de investigação geotécnica em praticamente todo o mundo. Ele serve como indicativo da densidade de solos granulares e é aplicado também na identificação da consistência de solos coesivos, e mesmo de rochas brandas. Métodos rotineiros de projeto de fundações diretas e profundas usam sistematicamente os resultados de SPT, especialmente no Brasil. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2012).

Figura 2 — Ensaio SPT
Ensaio SPTSchnaid e Odebrecht (2012)

COLETA DE AMOSTRAS INDEFORMADAS

 De acordo com a empresa Torres Geotecnia, geralmente essas amostras são de forma cúbica ou cilíndrica, e servem para determinação de características do solo “in situ”. São eles: índices físicos, coeficiente de permeabilidade, parâmetros de compressibilidade, parâmetros de resistência ao cisalhamento.

Além disso, em solos moles abaixo do nível d’água deve-se utilizar o amostrador de parede fina. Já em solos acima do nível d’água deve-se abrir um poço até a cota de interesse e retirar um bloco de solo usando uma caixa metálica ou de madeira como fôrma e com dimensões apropriadas ao tipo e número de ensaios a realizar.

 A NBR 9604/86 rege a abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas.

 Também, o DNER-PRO 002/94 rege a respeito das coletas de amostras indeformadas, que devem ser através de blocos indeformados retirados de escavações tais como poços, trincheiras e cortes.

SONDAGEM ROTATIVA

A sondagem rotativa é um método de investigação geológico e geotécnico que utiliza um conjunto motomecanizado para obter amostras contínuas, em formato cilíndrico, ou quando o intuito é obter amostras de materiais rochosos.

A sondagem rotativa teve seu início no Brasil na década de 1940, quando o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) adquiriu a primeira sonda com coroa diamantada, para os estudos geológicos da Barragem de Salto Grande, no Rio Paranapanema (DELATIM, 2017).

Sondagem rotativa é um método de investigação que consiste no uso de um conjunto moto-mecanizado, projetado para a obtenção de amostras de materiais rochosos, contínuas e com formato cilíndrico, através de ação perfurante dada basicamente por forças de penetração e rotação que, conjugadas, atuam com poder cortante (CASAN, 1997).

 Da execução da sondagem, o Manual de Excução de Sondagens da CASAN dita detalhadamente os processos envolvisos. Alguns dos equipamentos utilizados são: tripé; sonda rotativa; bomba d'água; hastes; barriletes; coroas; tubos de revestimento e demais acessórios.

SONDAGEM VANE TEST

O “Vane test” foi desenvolvido na Suécia, com o objetivo de medir a resistência ao cisalhamento não drenada de solos coesivos moles saturados. Hoje o ensaio é normalizado no Brasil pela ABNT através da norma NBR 10905. O equipamento para realização do ensaio é constituído de uma palheta de aço, formada por quatro aletas finas retangulares, hastes, tubos de revestimentos, mesa, dispositivo de aplicação de um momento torçor e acessórios para medida do momento e das deformações.

O problema da determinação da resistência aos esforços cisalhantes nos solos constitui um dos pontos fundamentais de toda a Mecânica dos Solos. Uma avaliação correta deste conceito é um passo indispensável para qualquer análise da estabilidade das obras civis. Define-se como resistência ao cisalhamento do solo a tensão cisalhante que ocorre no plano de ruptura no instante da ruptura. A Figura 1mostra um exemplo de ruptura de uma massa de solo de uma encosta.

Figura 3 — Ruptura de massa de solo e sua movimentação sobre uma estrada
Ruptura de massa de solo e sua movimentação sobre uma estradaOs autores (2021)

O equipamento está apresentado na figura 2 O diâmetro e a altura da palheta devem manter uma relação constante 1:2 e, sendo os diâmetros mais usuais de 55, 65, e 88mm. A medida do momento é feito através de anéis dinamométricos e vários tipos de instrumentos com molas, capazes de registrar o momento máximo aplicado. O ensaio consiste em cravar a palheta e em medir o torque necessário para cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve no entorno da palheta, quando se aplica ao aparelho um movimento de rotação. A instalação da palheta na cota de ensaio pode ser feita ou por cravação estática ou utilizando furos abertos a trado e/ou por circulação de água. No caso de cravação estática, é necessário que não haja camadas resistentes sobrejacentes à argila a ser ensaiada. Com a palheta na posição desejada, deve-se girar a manivela a uma velocidade constante de 6º/min, fazendo-se as leituras da deformação no anel dinamométrico de meio em meio minuto, até rapidamente, com um mínimo de 10 rotações a fim de amolgar a argila e com isto, determinar a sensibilidade da argila (resistência da argila indeformada/ resistência da argila amolgada).

Figura 4 — Equipamento para ensaio de palheta no campo e em tamanho reduzido para laboratório, do Laboratório de Ensaios Especiais em Mecânica dos Solos da UFJF
Equipamento para ensaio de palheta no campo e em tamanho reduzido para laboratório, do Laboratório de Ensaios Especiais em Mecânica dos Solos da UFJFOs autores (2021)

No instante da ruptura o torque máximo (T) aplicado se iguala à resistência ao cisalhamento da argila, representadas pelos momentos resistentes do topo e da base do cilindro de ruptura e pelo momento resistente desenvolvido, ao longo de sua superfície lateral, dado pela expressão:


T=ML+2MB(1)\displaystyle T = ML + 2MB \tag{1}

Onde: T = torque máximo aplicado à palheta; 

Ml = momento resistente desenvolvido ao longo da superfície lateral de ruptura; 

Mb = momento resistente desenvolvido no topo e na base do cilindro de ruptura, dados por:


Ml=π1/2.D².H.C(2)\displaystyle Ml=π 1/2.D².H.C \tag{2}


Mb=π/2.D³.Su(3)\displaystyle Mb=π/2.D³.Su \tag{3}

Onde: D = diâmetro do cilindro de ruptura; H = altura do cilindro de ruptura; 

Su = resistência não drenada da argila. 

Substituindo as duas últimas equações na anterior e fazendo-se H = 2D, tem-se o valor da coesão não drenada da argila, expresso pela fórmula:


Su=6/7.T/(π.D³)(4)\displaystyle Su=6/7.T/(π.D³) \tag{4}

O aparelho é constituído de um torquímetro acoplado a um conjunto de hastes cilíndricas rígidas e tem na outra extremidade uma palheta formada por duas lâminas retangulares, delgadas, dispostas perpendicularmente entre si, conforme Figura 3:

Figura 5 — Torquímetro
TorquímetroOs autores (2021)

Se não for possível cravar o conjunto palheta-hastes no solo, devido à existência de uma camada superficial resistente, realiza-se um pré-furo e utiliza-se um tubo de revestimento. Essa inserção do tubo provocará o amolgamento do solo e, por isso o ensaio deverá ser executado a uma profundidade mínima de 5 vezes o diâmetro do tubo, abaixo da sua ponta.

Figura 6
Figura 6Os autores (2021)

A Figura 5, a seguir, mostra um exemplo de resultado característico do ensaio da palheta. Ele fornece dois valores de resistência não drenada:

• a indeformada;

• a amolgada.

Figura 7
Figura 7

A Figura 6, a seguir, traz um exemplo de ensaio em que não houve ruptura do solo, o que impossibilita definir a resistência ao cisalhamento nesse ponto.

Figura 8
Figura 8Queiroz (2013)

Os parâmetros geotécnicos que podem ser determinados em um ensaio da palheta são resistência ao cisalhamento não drenada, a sensibilidade, que é a relação entre a resistência não drenada e a resistência não drenada amolgada, e a razão de sobre adensamento ou OCR.

Resistência ao cisalhamento não drenada – Su

Para determinação da resistência não drenada pelo ensaio da palheta, utiliza-se a equação 1 apresentada na NBR 10905.


S=0,86T/π.D³(5)\displaystyle S = 0,86 T/π.D³ \tag{5}

Em que: T – torque necessário para cisalhar o solo (kNm); D – diâmetro da palheta (m).

Nota: Esta equação é deduzida para palhetas retangulares para a relação de altura e diâmetro de altura igual ao dobro do diâmetro (ABNT, 1989, p. 9).

O ensaio é comumente realizado em diversas profundidades de modo que se conheça a variação da resistência ao longo da profundidade. Um parâmetro importante que é determinado no do ensaio da palheta é o fator Nkt. Esse fator é importante, pois é através dele que se determina a resistência não drenada a partir dos ensaios CPTu. (Sensibilidade–St)

A sensibilidade da argila é determinada pela razão entre a resistência não drenada indeformada (Su) e resistência não drenada amolgada (Sur). A equação 6 apresenta essa razão.


St=Sur/Su(6)\displaystyle St = Sur/Su \tag{6}

O quadro apresenta as faixas de valores da sensibilidade de argilas.

Quadro 1
Quadro 1Terzaghi, Peck e Mesri (1996)

Razão de sobreadensmento – OCR

Para estimativa da razão de sobreadensamento (OCR), Mayne e Mitchell (1988), propuseram uma equação a partir de banco de dados de 96 diferentes argilas equação 7.


OCR=(Su/σvo),=22Ip(0,48)(7)\displaystyle OCR = ∝ (Su/σvo), ∝ = 22 Ip^(-0,48) \tag{7}

Em que: Ip – o índice plasticidade; Su – resistência não drenada; σ’v0 – tensão efetiva vertical.

Figura 9 — Detalhe 1
Detalhe 1Os autores (2021) ABNT (1989)

Dilatômetro de Marchetti (equipamento convencional e equipamento novo "Medusa")

O DMT foi desenvolvido pelo Professor Silvano Marchetti por isso sua denominação Dilatômetro de Marchetti. Em sua concepção, Marchetti desenvolveu o DMT para medir a tensão in situ e o modulo de deformabilidade do solo. Para reduzir as deformações devido a penetração no solo e, portanto, para melhor correlacionar o DMT com o comportamento pré-inserção, ele escolheu uma prova fina, em forma de lâmina, com uma membrana circular situada em uma das faces, como mostrado na figura 8 Quando comparada ao CPT, a lâmina, devido a sua forma geométrica impõe menores deformações ao solo.

Figura 10 — Lâmina do DMT
Lâmina do DMTOs autores (2021)

A lâmina é conectada ainda na superfície a unidade de controle (figura 2). Esta unidade é composta de válvulas de controle de fluxo de gás (nitrogênio, oxigênio ou ar comprimido) e ainda dois manômetros para o registro das pressões. Da unidade de controle parte ainda o cabo eletro-pneumático que passa pelo interior das hastes de cravação (tipo CPT) até ser conectado a lâmina do DMT. A corrente elétrica é fornecida por meios de pilhas ou baterias. (Paula, 1998)

A lâmina penetra verticalmente no interior da massa de solo, empurrada pelo sistema de cravação a velocidade constante (2 a 4 cm/s), a cada 20 centímetros interrompe-se a cravação, aplicando-se pressão por meio de gás, e por sua vez, inflando a membrana. Neste momento, são feitas três leituras, e logo após as leituras a membrana penetra mais 20 cm. Continua-se o ensaio desta forma sucessivamente.

Figura 11 — Fotos da unidade de controle (esquerda) e da lâmina penetrando no solo (direita)
Fotos da unidade de controle (esquerda) e da lâmina penetrando no solo (direita)Os autores (2021)

A lâmina, cujos detalhes são mostrados na figura 1 consiste de uma placa de aço inoxidável, tendo uma membrana metálica circular fina expansível de 60 mm de diâmetro montada em uma das faces. O funcionamento geral de ensaio pode ser visto na figura 3. O fornecimento de corrente elétrica e de pressão de gás são providas pela unidade de controle através do cabo eletro-pneumático, o qual é ligado à lâmina. Internamente, um fio atravessa a lâmina até atrás da membrana. Onde existe uma área rebaixada para acomodação do disco sensor e da membrana, conforme figura 4. O disco sensor, é um dispositivo elétrico sensível de três posições, que assenta-se no centro dessa área. Este disco é dotado de pinos acionantes padronizados de maneira que ativem o sinal sonoro ao serem deslocados pela membrana.

Figura 12 — Equipamento de ensaio DMT
Equipamento de ensaio DMTOs autores (2021)

A figura indica o principio de funcionamento da membrana. A primeira condição de sinal ligado se dá pelo contato da membrana com o “espaçador” do disco sensor a uma distancia de 0,05mm deste. A segunda condição de sinal desligado se dá porque não há contato e o circuito é interrompido. A terceira condição se dá ao sinal ser ligado novamente quando o cilindro de aço inoxidável faz contato com o disco sensor reativando o sinal, posição em que a distancia do extremo do cilindro de plexiglass ao disco sensor tem exatamente 1,1mm. (Paula,1998).

Figura 13 — Princípio de funcionamento da membrana
Princípio de funcionamento da membranaOs autores (2021)

A membrana de aço inoxidável pode ter a espessura de 0,2 mm e 0,25mm, será dependente do tipo de solo estudado. Solos mais resistentes utilizam-se membranas mais espessas. Ela é relativamente rígida, o que requer que o operador aplique ciclos de expansão e contração da membrana, visando a sua calibração, antes e depois de cada sondagem. As leituras de pressão A e B são essenciais para correção dos dados. A unidade de controle tem como funções básicas monitorar e controlar a pressão de gás fornecida a lâmina e tornar perceptível a posição da membrana. Como se pode ver (figura 9) a unidade de controle possui 2 manômetros, calibrados em bars (1bar=100kPa); o primeiro fornece leitura de 0 a 10 bars, para maior precisão em pressões baixas; e o segundo leituras de 0 a 70 bars. Todo o conjunto que compõe o equipamento DMT é acompanhado de conectores, calibradores, cabos, chaves, peças sobressalentes etc. O cabo eletro-pneumático é um fio de aço inoxidável envolvido por um tubo de náilon com conectores especiais em cada extremidade. 

Através deste cabo, é fornecida corrente a lâmina. Para funcionamento do circuito elétrico é necessário que o equipamento seja aterrado. O fio terra parte da unidade de controle, e frequentemente é conectado a haste de cravação ou a outro ponto que possa fornecer aterramento. A fonte de pressão é nitrogênio ou ar comprimido fornecido em garrafas metálicas. A pressão de enchimento normal do nitrogênio é de 155 bars. Mas um regulador de pressão deve ser acoplado ao tanque para uma saída de 70 bars (70.000 kPa – máxima suportada pelo DMT) para a unidade de controle. A figura 5 a seguir mostra o equipamento de inserção do conjunto, igual ao usado no ensaio CPT.

Procedimentos para execução do ensaio

Em 1986, a ASTM padronizou a realização do ensaio DMT este fato contribuiu para coerência na execução do ensaio DMT em todo mundo aumentando sua reprodutibilidade. Para a execução do ensaio DMT devemos primeiramente montar o conjunto lâmina-cabos-unidade de controle. O cabo eletro-pneumático deve ser passado através das hastes metálicas e conectado a lâmina. Deve-se estar atento a correta posição que o fio de ylon deve ficar durante a ligação do cabo eletro-pneumático à lâmina. Isso implica no fechamento do circuito elétrico, essencial para o sucesso do ensaio.

Após o cabo passado pelas hastes ele deve ser conectado a unidade de controle. Neste momento já é possível testar o funcionamento do ensaio, ligando-se o fio terra e pressionando levemente com os dedos a membrana. Deve ser ouvido o sinal de áudio. Posteriormente, deve-se conectar o cilindro de gás à unidade de controle através de mangueira de ar com o conector adequado ao ensaio DMT. O regulador de pressão do cilindro já deve ser previamente instalado. A continuidade do circuito deve ser verificada. A lâmina é conectada à primeira haste de cravação e o ensaio já está pronto para ser executado. A calibração da membrana pode ser feita em algum momento antes do ensaio e será tratada a seguir.

O ensaio tem basicamente 4 passos. O primeiro passo consiste na inserção vertical da lâmina no solo, até a profundidade onde será feito a primeira leitura de pressões. Depois de finalizada a penetração, o próximo passo é abrir gradualmente a válvula de controle de fluxo (designada no equipamento por FLOW). Durante esse tempo, ouve-se um sinal de áudio vindo da unidade de controle. O sinal é interrompido quando a membrana é levantada de seu assento e justamente inicia seu movimento horizontal, ou seja, empurrando o solo. Neste momento toma-se a primeira leitura Pressão A (que após correção fornece a medida po). Esta leitura A deve ser obtida de 15 a 30 segundos depois do início do ensaio. 

O terceiro passo continua com a expansão da membrana, pois a válvula de controle de pressão continua aberta injetando gás no sistema. Durante a expansão, o sinal de áudio permanece desligado e somente retorna quando a lâmina atingir o deslocamento horizontal de 1,1mm, que sinaliza o operador para a leitura da Pressão B ( após correção fornece a medida p1). A leitura B deve ser feita de 15 a 30 segundos após a leitura A. Após, usam-se as válvulas de ventilação e de relaxamento de fluxo para produzir um relaxamento de pressão até que a membrana retorne a sua posição inicial assentada. Opcionalmente pode-se fazer a leitura C, ventilando-se a pressão após a leitura B rapidamente, até que o sinal da pressão B seja interrompido e, em seguida despressurizando lentamente até que o sinal seja reativado. Neste momento, registra-se a pressão C (após correção fornece a medida p2). Alguns pesquisadores (e.g. Mayne, 2006) relacionam a leitura C com o excesso de pressão neutra do solo. Acredita-se que no momento em que a membrana inicia o retorno a sua posição inicial, pela relaxação da pressão do sistema, a água no interior dos grãos imprima na membrana uma pressão similar a poro pressão. Isso completa a sequência do teste, e a lâmina é avançada com uma velocidade de 2 a 4 cm/s até a próxima profundidade.

Calibração da membrana

A base física do ensaio consiste na expansão da membrana dentro da massa de solo. Geotecnicamente, o interesse está em avaliar somente as grandes deformações do solo. Como a membrana está entre o gás e o solo, e não poderia ser diferente, precisamos descontar a rigidez que a membrana oferece durante a movimentação de aplicação do gás. Por esta razão é que calibramos o equipamento a pressão atmosférica de acordo com critérios pré-estabelecidos. (Gomes Boehl, 2005)

Figura 14 — Foto da calibração da membrana com seringa (acessório)
Foto da calibração da membrana com seringa (acessório)Os autores (2021)

As pressões para vencer a rigidez da membrana são chamadas de A e B. Esses valores são obtidos antes da execução do ensaio através de ciclos de sucção e expansão da membrana, executado com calibrador apropriado. A membrana montada na lâmina repousa em algum lugar entre a posição de Pressão “A” a 0,05 mm de retração e a posição de Pressão “B” a 1,1 mm de expansão. O equipamento foi concebido de forma que a resistência para defleccionar a membrana para dentro e para fora se mantenha constante durante a execução do ensaio, de forma que o operador possa determiná-la. Nisso consiste a calibração da membrana, isto é, determina-se a pressão necessária, ao ar, para defleccionar a membrana para as posições da Pressão-A (ou leitura A) e Pressão-B (ou leitura B). 

Tais calibrações, denominadas A e B, respectivamente, são depois utilizadas para corrigir as leituras de ensaio. (Paula, 1998). Para se obter as calibrações A e B devemos realizar ciclos de sucção e expansão da membrana, antes e após a execução do ensaio. Devemos ainda lembrar que membranas novas devem, antes, ser exercitadas para que “perca” um pouco da sua resistência original, e adquirida a rigidez necessária para o bom funcionamento do ensaio. 

Nos acessórios que compõe o kit para execução do ensaio DMT existe uma seringa de calibração que é conectada a unidade de controle para injeção de pressão de ar no sistema (figura 6). A lâmina do DMT é acoplada na unidade de controle, tem-se início a aplicação de expansão na membrana. Quando ela atingir o deslocamento de 1,1mm o apito irá soar e deve-se anotar a pressão neste momento. 

A seguir, inicia-se a sucção da membrana até esta atingir uma contração de 0,05mm quando o apito irá soar novamente e deve-se registrar a pressão indicada no manômetro da unidade de controle. Este procedimento deve ser realizado no mínimo de 3 vezes para se obter valores Aantes e Bantes. Após a realização do ensaio deve-se repetir o procedimento e anotar os novos valores de Adepois e Bdepois. 

Os índices A e B finais que serão aplicados para redução dos dados são a medias aritméticas de Aantes + Adepois e Bantes + Bdepois. Existe também uma mini-calibrador (acessório opcional) que acompanha o equipamento e simplifica a calibração da membrana. Mais é recomendável calibrar a membrana na unidade de controle. Valores típicos de A e B são respectivamente, 15 kPa e 45 kPa, com uma variação aceitável de A entre 5 e 30 kPa e B de 5 a 80 kPa. Os dois métodos devem ser empregados para confirmação dos valores de A e B.

Vantagens e desvantagens do DMT

Como já sabemos os ensaios de campo apresentam certas vantagens em relação aos ensaios de laboratório. No DMT, devido a sua inteligente concepção podemos destacar vantagens exclusivas deste ensaio, podendo citar (Schertmann, 1988):

• rapidez de execução;

• fácil operação;

• equipamento portátil e simples, sem sofisticação eletrônica;

• pequena deformação da membrana, na faixa elástica do solo;

• boa confiabilidade dos resultados;

• resultados altamente reproduzíveis;

• tratamento de dados do ensaio rápido, por computador (software DMTElab);

• alto potencial de perfuração independente;

• resultados aplicáveis a casos comuns de engenharia;

• perfil contínuo do solo com leitura a cada 20cm

• pode ser correlacionar com outros ensaios específicos reduzindo o custo das investigações;

• mais econômico que ensaios mais sofisticados;

Segundo Schmertmann (1988) o Dilatômetro de Marchetti fornece informações confiáveis, independentemente de outros ensaios, e pode ser usado com ferramenta de investigação primária. Porém indicou para um conhecimento preliminar da área a utilização de sondagens preliminares a trado, SPT e CPT. Este procedimento reduziria potenciais danos e um conhecimento mais detalhado da área. Citou, ainda, a necessidade de estar atento à aplicação do DMT cujos resultados possam gerar dúvida, quando não se possui informações de outras áreas, devem-se considerar as seguintes limitações:

• o tipo de solo determinado com o uso do DMT pode ser duvidoso, por exemplo, uma argila arenosa pode ser interpretada como silte. Este fato é relatado por Marchetti em 2001, onde ID (tipo de solo) é um parâmetro que reflete o comportamento mecânico do solo;

• não são obtidas amostras de solo;

• solos sensíveis, alterados pela penetração da lâmina (areias cimentadas), apresentam resultados muito conservadores;

• a penetração dinâmica afeta os resultados;

• a poro-pressão da água no interior do solo é assumida como sendo a pressão hidrostática, o que nem sempre é verdade;

• as estimativas razoáveis de tensão vertical são importantes, recomendando-se obter medidas separadas do peso específico para melhores resultados;

• se a lâmina não mantiver a verticalidade durante a penetração, os resultados serão afetados;

• possibilidade de dano a membrana em casos de solos com pedregulhos, matacões etc;

• em solos com camadas superficiais espessas e muitos moles, o ensaio pode apresentar problemas de ancoragens (Paula, 1998).

As vantagens do DMT Convencional são a facilidade do procedimento e manutenção e a boa repetibilidade dos resultados. Porém, a membrana é vulnerável a danos, principalmente quando o ensaio acontece em solos granulares ou pedregulhos (CAMPANELLA e ROBERTSON, 1991).

Dilatômetro de Marchetti (DMT Medusa)  

O DMT Medusa é um equipamento desenvolvido na Itália, em 2016, ainda em adaptação, fase de testes e estudos iniciais, diferenciando-se do equipamento tradicional em relação à realização continuada das leituras de pressões enquanto ocorre a expansão da membrana da posição A para a posição B. Assim como o DMT Convencional, o DMT Medusa não possui normatização no Brasil (MARCHETTI, 2018). 

O equipamento possui uma sonda autossuficiente sem fio (transdutor de pressão) capaz de realizar de modo autônomo testes de dilatômetro, conforme figura.

 Um sistema eletrônico é alimentado com uma bateria recarregável, a qual ativa uma seringa motorizada, controlada pelo transdutor de pressão, que expande hidraulicamente a membrana, permitindo o controle volumétrico e as leituras de pressão ao longo do tempo, durante a expansão da membrana. A pressão alcançada é de até 250 bars, contra 70 bars do equipamento convencional, conforme afirma Marchetti (2018). A lâmina tem as mesmas dimensões do dilatômetro de placa plana padrão original, conforme menciona a ASTM D 6635 (2001- atualizada em 2015). De acordo com Marchetti (2018), para funcionamento, um interruptor elétrico é necessário para acionar o DMT Medusa e para definir o horário de início (𝑇0= 0). 

Uma porta USB (Universal Serial Bus) é usada para programar o período do ciclo da medusa, para sincronizar o computador com o tempo de origem 𝑇0, e baixar os dados no fim do teste. O equipamento DMT Medusa é importante devido a autonomia do seu funcionamento e pode atingir até 200 m, como por exemplo, em investigações geotécnicas no fundo do mar, onde o cabo deverá suprir a altura da água do oceano adicionado com a profundidade de cravação do solo.

Figura 15 — DMT Medusa
DMT MedusaOs autores (2021)

De acordo com a European Commission (2019) e Marchetti (2018), após penetrar no solo, a cravação da lâmina é pausada a cada 20 cm de profundidade para executar as leituras de pressão internas do solo. Essas leituras são efetuadas continuamente durante todo o tempo que ocorre a expansão e contração da membrana, situação diferenciada em relação ao DMT Convencional onde são feitas apenas duas leituras pausadas, a primeira no início e a segunda no final da expansão da membrana. 

Conforme afirmam Marchetti et al., (2019), o funcionamento do equipamento do DMT Medusa é semelhante ao DMT Convencional ao que se refere ao procedimento de expansão da membrana e efetuar as leituras A e B nas posições de 0,05 mm e 1,10 mm de afastamento da membrana em relação à lâmina. A diferença principal é que no DMT Medusa a expansão não é mais controlada manualmente pelo operador e sim pelo sistema eletrônico que aciona uma seringa que pressuriza a membrana, promovendo a sua expansão de forma controlada com o tempo. 

Adicionalmente, o sistema permite a leitura contínua da pressão de injeção e a variação volumétrica da membrana, que se expande com o tempo. Este procedimento permite que a lâmina seja inserida no solo com a membrana já na posição 2. Este fato permite a leitura contínua de expansão da membrana durante a passagem do tempo, que são diferenças básicas entre o DMT Convencional e o Medusa. 

O DMT Medusa foi concebido inicialmente para a execução de ensaios em ambientes marítimos à grandes profundidades onde o cabo que controla o sistema passa a ser um problema operacional. Assim o DMT Medusa pode operar de uma forma totalmente autônoma (sem cabo) em ciclos de expansão da membrana com o respectivo registro das leituras nas posições 2 e 3. Geralmente, nesta condição de trabalho, o tempo definido para cada ciclo é de 1 minuto. Este tempo é suficiente para cravar a lâmina para a próxima posição de ensaio e realizar as leituras A e B. Decorrido este tempo, avança-se com a lâmina para a próxima posição de ensaio e um novo ciclo se inicia. Os ciclos são repetidos de tempos em tempos em um conjunto correspondente ao total de ensaios (profundidades) desejados (MARCHETTI et al., 2019). 

Neste procedimento de ensaio totalmente autônomo há que se ter um perfeito sincronismo entre a cravação da sonda e o tempo de cada ciclo. Marchetti et al., 2019 afirmam que os registros das leituras de cada ciclo são posteriormente, quando a sonda é resgatada para a superfície, transferidos a um computador por meio de uma porta USB. Na operação autônoma o procedimento de expansão da membrana é sempre efetuado de forma repetida em ciclos de tempo previamente definidos antes da inserção no solo. Os valores obtidos são armazenados internamente na sonda em um cartão de memória. 

Também, o DMT Medusa pode ser operado de forma não autônoma. Neste sistema um cabo faz a comunicação dos dados entre a sonda e um microcomputador no qual o operador tem um total controle sobre o ensaio, além de visualizar em tempo real os resultados de cada leitura. Permite também o registro contínuo das leituras com o tempo e manter, desta forma, a membrana na posição de leitura A, para acompanhar uma eventual dissipação do excesso de poropressão gerado pela cravação da lâmina. 

Os ensaios realizados no Campo Experimental de Araquari foram executados com este sistema não autônomo. O procedimento do DMT Medusa segue as recomendações da ASTM D 6635 (2015), Eurocode 7 (2007) e ISSMGE TC 16 (2001), ou seja, mesmas normatizações do DMT Convencional.

Conclusão

Através de revisões bibliográficas, pode-se alcançar o objetivo deste trabalho. Ou seja, identificar definições cientificas a respeitos dos tipos dos ensaios objeto da pesquisa, são eles: Coleta de amostras deformadas e indeformadas, Sondagem Rotativa, Sondagem Vane Test e Dilatômetro de Marchetti. Definir o uso de normas vigentes nas operações e explicar métodos de execução dos mesmos.

Os resultados foram satisfatórios, pois pod-se compreender melhor quando e como se deve aplicar tais ensaios e suas importâncias, destes que usualmente são deixados de lado em execução de projetos de pequeno porte.

Também, é importante ressaltar a importância deste trabalho para o meio acadêmico, pelo seu vasto compilado de informações a respeito dos métodos de investigações geotécnicas.

Referências

ABNT. ABNT/CEE Comissão de Estudo Especial. NBR. Ensaios de palheta in situ – Método de ensaio, 30 out. 1989.

ABNT. NBR 6484. Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio, 30 mar. 1997.

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DELATIMIvan José. CLASSIFICAÇÃO DE SONDAGENS (TRADO, PERCUSSÃO, ROTATIVA E MISTA) PARA A APRESENTAÇÃO EM PERFIS INDIVIDUAIS DE SONDAGENS: CURSO EXAMINADO SOB A PERSPECTIVA DE ENSINO E DE PENSAMENTO GEOLÓGICO: CURSO EXAMINADO SOB A PERSPECTIVA DE ENSINO E DE PENSAMENTO GEOLÓGICO. 2017. Dissertação (Mestrado em Ensino e Ciências da Terra) - Universidade Estadual de Campinas.

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