Revisão Sistemática: Investigação Geotécnica do Subsolo

Introdução

Sendo considerada uma das etapas de maior importância durante a elaboração de um projeto geotécnico de fundações, são realizados ensaios de campo e laboratório buscando identificar extensão, espessura de camadas de solo na formação do subsolo, características geomecânicas, propriedades físicas e nível do lençol freático. Incluindo também coletas de amostras tanto deformadas quanto indeformadas que ao serem levadas para o laboratório realizam ensaios específicos como: caracterização, resistência, compressibilidade, permeabilidade, etc.

No que consiste a investigação geotécnica são realizações de ensaios para um melhor conhecimento no comportamento do solo e das rochas, perfis que os compõem, resistências entre outras características. Para sua realização pode ser feito através de ensaios realizados no local onde está sendo feito a obra, em laboratório ou até mesmo visualmente. Um método bastante utilizado que serve como exemplo é a sondagem.

Tópicos que podem ajudar na revisão:

• Falar um pouco das leis que regem a investigação (NBR 8036, NBR 8044, NBR 6497, NBR 11682 e NBR 6122);
• Fatores para investigação geotécnica;
• Métodos de ensaio;
• Diferenciação de Ensaios SPT e CPT;
• Fases da investigação;
• Risco e problemas na ausência das investigações geotécnicas, casos no Brasil;

Revisão Bibliográfica

Para Moura e Cols (2021) a execução de projetos de engenharia, é necessário, preliminarmente, caracterizar solo que receberá a obra. o objetivo de uma adequada investigação geotécnica é obter a estratigrafia do subsolo, identificar nele algum tipo de contaminação, quando ocorrer, obter a profundidade do nível d’água (NA), e, possibilitar a obtenção dos parâmetros do solo para a realização de previsões de comportamento.

Mas qual o objetivo de uma investigação geotécnica? Determinar a extensão, profundidade e espessura das camadas do subsolo até a profundidade necessária, determinar a profundidade do nível da água, obter informações sobre a profundidade de uma superfície rochosa, obter características da rocha quanto classificação, estado de alteração e variações e obter dados de parâmetro de mecânica dos solos tipo compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade para as camadas de interesse. Vale a pena fazer? Essa investigação é fundamental para se iniciar uma fundação e posteriormente viabilizar uma obra. (Rocha Brasil, 2018)

A investigação geotécnica do subsolo é considerada com uma das etapas mais importantes para a elaboração de um projeto geotécnico de fundações. Para isso, basicamente, são realizados ensaios de campo e de laboratório, visando identificar a extensão, a espessura das camadas de cada tipo de solo que formam o subsolo, as características geomecânicas, suas propriedades físicas e o nível do lençol freático,  também são realizadas coletas de amostras deformadas e indeformadas, que são enviadas ao laboratório para realização de ensaios específicos. São elas caracterização, resistência, compressibilidade, permeabilidade, entre outros. (Garcia, 2020)

Para se fazer a investigação geotécnica, é necessário escolher o método que será utilizado, onde temos o método direto e o indireto. O método direto permite a observação direta do subsolo. Desta forma são coletadas amostras ao longo de uma perfuração ou escavação ou medição de propriedades do solo com o contato direto da sonda com o solo. Já no método indireto permite estimar as propriedades geotécnicas dos solos pela medida de grandeza do solo por sensoriamento remoto ou ensaios geofísicos. (Rocha Brasil, 2018)

Segundo Garcia (2020) os ensaios de campo são fundamentais para caracterização inicial do perfil do subsolo, por meio de medidas indiretas, como a obtenção da resistência do solo a partir do número de golpes obtidos no ensaio SPT (NSPT), no caso da sondagem à percussão. Os ensaios de campo permitem obter as características do subsolo nas condições in situ, ou seja, existe uma preservação das condições naturais em que uma amostra de solo se encontra no maciço. Entretanto, muitas vezes não é possível garantir um controle adequado das variáveis durante a realização destes ensaios devido às condições de campo.Por outro lado, ensaios de laboratório permitem um maior rigor durante a determinação de parâmetros e propriedades, a partir de amostras coletadas em campo.

Segundo pesquisas da Born Sales Engenharia (2017) a prática de engenharia geotécnica tem se beneficiado do desenvolvimento tecnológico dos equipamentos de investigação. Estão disponíveis no mercado uma gama de equipamentos de perfuração mais robustos, e com maior precisão de medição das propriedades do material investigado (resistência, deformação, capacidade drenante). Alguns aspectos importantes sobre cada tipo de sondagem estão descritos a seguir: SPT e SM (sondagem à percussão e mista); CPT e CPTu (ensaio de cone e piezocone); DMT (ensaio dilatométrico); PMT (ensaio pressiométrico); VST (ensaio de palheta ou Vane Test).

Para APL Engenharia (2019) as investigações geotécnicas feitas corretamente são imprescindíveis para: prevenir e evitar desabamentos; prevenir desmoronamentos e deslizamentos; preservar o lençol freático; conter a ocupação desordenada de locais perigosos; evitar manifestações patológicas relacionadas à infraestrutura; reduzir riscos de acidentes; evitar gastos desnecessários com elementos de fundação.

Normas que regem a Investigação geotécnica

É necessário que o profissional que irá realizar a investigação geotécnica do subsolo, tenha o conhecimento nas legislações e as normas que regem essa investigação. Nesse tópico, iremos elencar as Normas Brasileiras (NBR) que são utilizadas como fonte de consulta para os procedimentos relacionados a investigação geotécnica do subsolo.

A primeira NBR é a 8044:2018, que substitui a NBR 6497:1983 e trata sobre o levantamento geotécnico, que possui como objetivo fixar as condições gerais a serem obedecidas no levantamento geotécnico, para fins de projetos de obras de engenharia. A segunda norma que o profissional precisa conhecer é a NBR:6122, sobre projetos e execução de fundações, que traz as condições básicas que devem ser observadas no projeto e execução e fundações de pontes, edifícios e outras estruturas.

A NBR:8036, sobre a programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios, que tem como objetivo fixar as condições exigíveis na programação dos solos atribuída à elaboração de projetos geotécnicos para construção de edifícios, abrangendo o número, localização e a profundidade das sondagens.

A NBR:11682, sobre a Estabilidade de taludes, firma as condições elegíveis no estudo e controle da estabilidade de taludes em solo, rochas ou mistos, componentes de encostas naturais ou resultantes de cortes, abrangendo, também dessa forma as condições para projeto execução e conservação de obras de estabilização.

Métodos de Investigação Geotécnica

Para iniciar uma investigação, antes de tudo, definir-se o escopo e o proposito da investigação. O escopo é determinado pelo andamento do projeto que é dividido entre: viabilidade (composto pela natureza das formações geológicas locais e principais características do solo), básico (escolha de soluções e dimensionamento) ou executivo (informações complementares sobre o comportamento geotécnico dos materiais); o propósito está associado às características do projeto. A investigação serve como uma forma de ter sempre uma alternativa que responda às observações feitas por meio do monitoramento da obra.

Destacado por COBRAE (2005) há os fatores que influenciam na escolha dos métodos de investigação, entre eles:

1. Natureza dos materiais de subsuperfície.
2. Condição do lençol freático.
3. Tipo de obra a ser construída ou investigada.
4. Complexidade da área.
5. Topografia local.
6. Grau de perturbação de cada método investigativo.
7. Tempo.
8. Aspectos geo-ambientais.
9. Limitações de orçamento.
10. Aspectos políticos.

Os métodos de investigação geotécnica consistem em procedimentos que visam decifrar as características principais do solo quanto aos parâmetros físicos, químicos e biológicos para dessa forma possibilitar o seu uso e ocupação. Este conjunto de processos de investigação aplicado em um local é dividido em dois tipos: direto e indireto na verificação da superfície e superfície.

Métodos Indiretos

As propriedades geotécnicas dos solos são estimadas indiretamente pela observação a distância através de imagens de satélites ou pela medida da resistividade elétrica, propagação de ondas acústicas, campo magnético da Terra ou velocidade de propagação de ondas. Os índices mantem correlações com a natureza geológica dos diversos horizontes e, ainda podendo conhecer as profundidades e espessuras – métodos geofísicos.

Os principais métodos são:

• Geoelétricos (eletrorresistividade, sondagem elétrica vertical, potencial espontâneo e polarização induzida, radar de penetração no subsolo – GPR);
• Sísmicos (sísmica de refração e sísmica de reflexão);
• Potenciais (magnetometria e gravimetria).

Métodos Geoelétricos

Envolvem a detecção, na superfície dos terrenos, dos efeitos produzidos pelo fluxo de corrente elétrica em subsuperfície e, são empregados em determinar a posição e geometria do topo rochoso, caracterização dos estratos sedimentares, identificação de falhas, litologia e entre outros.

Os ensaios que se destaca neste método são os de eletrorresistividade e GPR, o primeiro condiz com a dificuldade da corrente elétrica em propagar-se num meio qualquer, os dados são apresentados de várias maneiras como perfis. Seções e plantas de isovalores de resistividade aparente. Na figura abaixo é possível observar um exemplo de apresentação do resultado através de mapa representa uma região de zona de falha.

Neste estudo consiste em medir, na superfície terrestre, o parâmetro de resistividade elétrica com o emprego de um arranjo de eletrodos de emissão (AB) e de recepção (MN). A Sondagem Elétrica Vertical é uma técnica utilizada principalmente no estudo de interfaces horizontais, onde todo o arranjo de eletrodos é expandido ao redor de um ponto fixo central, quanto maior o espaçamento dos eletrodos, maior a profundidade de investigação. Pode ser empregado em: construções de grande porte e aterros sanitários.

O GPR determina as condições de subsuperfície por meio do envio de pulsos eletromagnéticos de alta frequência que, é enviado por uma antena, a energia da onda refletida é então captada por uma antena receptora e, estes sinais são plotados num gráfico que relaciona versus tempo. Ao modificar a posição das antenas tem-se uma “imagem” da subsuperfície, a reflexão é causada pela existência de singularidades presentes nos materiais e que possuem propriedades elétricas.

A profundidade de penetração depende das condições de cada local, a absorção ou reflexão das ondas depende de determinadas propriedades do solo, a maior penetração ocorre em solos arenosos secos e as menores em solos argilosos com elevado teor de umidade. Além da estratigrafia do local o GPR pode apurar o valor do teor de umidade volumétrico do solo, uma informação importante na avaliação do risco de escorregamento de taludes.

Métodos Sísmicos

Têm por objetivo estudar a distribuição em profundidade do parâmetro de velocidade de propagação das ondas acústicas que, está relacionado com características físicas do meio geológico, tais como: densidade, porosidade, química, mineralogia e constantes elásticas. A apresentação dos resultados se dá através das seções sísmicas, as ondas são produzidas artificialmente, por meio da geração de uma frente de onda a partir de um ponto predeterminado. A propagação das ondas é induzida por uma “injeção” de alguma forma de energia em subsuperfície, e há a captação das ondas que incidem um refletor em subsuperfície com inclinação menor que o ângulo critico ou registro das ondas sísmicas refratadas em contato com superfícies de contato litológico, da reflexão e refração são processadas as informações por meio de softwares. .

Métodos Diretos

Esse tipo de método permite a observância direta do subsolo, sua identificação, classificação através da retirada de amostras do solo, ao longo de uma perfuração ou medição direta de propriedades in situ. O objetivo deste método é a de compreender as escavações realizadas com o intuito de analisar os maciços, as sondagens mecânicas e os ensaios, de acordo com as sondagens dos materiais ao longo da linha de perfuração.

Principais Métodos:

• Levantamento geológico de campo;
• Poços;
• Trado;
• Sondagem a percussão;
• Sondagem rotativa;
• Sondagem rotopercussiva.

Poços, Trincheiras e Galerias de Inspeção (NBR 9604/2016)

No geral, são escavações manuais por meio de escavadeiras com o objetivo de expor e permitir a direta observação visual do subsolo com a possibilidade de coleta de amostras indeformadas. Um poço é definido como a escavação vertical de seção circular ou quadrada com dimensões mínimas para permitir acesso de observador para descrição das camadas de solos e rochas e coleta de amostras, a abertura em rochas é feita com furos de martelete ou explosivos.

Dividido entre poços, trincheiras ou trincheiras de inspeção, meios de prospecção verticais de grande diâmetro feitas com pás e picaretas, em solos coesivos, acima do nível d’água, geralmente de rasa profundidade e, feito uma avaliação de suas paredes da escavação em “in situ”, permitindo o exame detalhado dos horizontes perfurados, a retirada de amostras indeformadas são encaminhadas com a finalidade de ensaios laboratoriais. A trincheira de inspeção é recomendada nos casos em que há interesse em investigar o comportamento dos materiais no sentido lateral, a NBR 9604:2016 especifica os procedimentos para a execução deste método.

Trado

Sondagem a Trado é um método geológico-geotécnico, o qual é baseado, na perfuração de pequeno diâmetro e profundidade reduzida, realizado através de um instrumento chamado trado – amostrador de solo constituído por laminas cortantes e limitado a presença de pedregulhos, pedras ou matacões, torna uma sondagem de maior facilidade e execução, consequentemente menor custo. Apenas amostras deformadas são coletadas por este método, a cada metro ou quando houver mudança no tipo de material, ainda com este instrumento é possível saber a medição do lençol freático, em geral a execução pode ser feita de forma mecanizada ou manualmente e detalhado na NBR 9603:1988.

Sondagem a Percussão

Executado pelo golpeamento do fundo do furo levando em consideração a profundidade provável das fundações e do bulbo de tensões gerado pela fundação prevista e de acordo com os estudos geológicos locais. Utilizada para obtenção de amostras de solo quanto para medir sua resistência à penetração. Permite a execução de ensaios: SPT, ensaios de lavagem por tempo, permeabilidade, e a verificação do nível do lençol freático e a retirada de amostras deformadas, todos os procedimentos para a execução de sondagens a percussão são determinados pela NBR 6484:2001.

Sondagem Rotativa

Método que consiste no uso de um conjunto motomecanizado, com a finalidade de obter amostras de materiais rochosos através da ação perfurante dada por forças de penetração e rotação, este método é utilizado quando a sondagem de simples reconhecimento atinge estrato rochoso, matacões ou solos impenetráveis.

Esta sondagem pode ser composta por sonda rotativa cilíndrica manual, mecânica ou hidráulica, hastes de rotação alimentadas por agua para refrigeração e limpeza do furo.

Sondagem Rotopercussiva

Ocorre através da intensidade de impactos e rotação de ferramentas que o compõem no momento da perfuração como: martelos pneumáticos ou broca tricônica, as amostras sçao recuperadas com injeção de ar comprimido, produzido por compressores de alta pressão, nas hastes com tubos internos pelos quais a amostra retorna a superfície sobre pressão do ar, sendo recolhidas e identificadas metro a metro em sacos de plásticos.

Bibliográfia:

ABGE. Geologia de engenharia. OLIVEIRA, A.M.S; BRITO, S.N.A (editores).  São Paulo: ABGE, 1988, 576p.

ABNT. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2019.

ABNT. NBR 8036: Programação de sondagens de simples reconhecimento do solo para fundações de edifícios. Rio de Janeiro, 1983

ABNT. NBR 8044: Levantamento Geotécnico. Rio de Janeiro, 2018.

ABNT. NBR 11682: Estabilidade de Encostas. Rio de Janeiro, 2009.

APL Engenharia. Entenda a importância das investigações geotécnicas para evitar patologias nas suas obras. 2019. Disponível em: https://blog.apl.eng.br/entenda-a-importancia-das-investigacoes-geotecnicas-para-evitar-patologias-nas-suas-obras/

Born Sales Engenharia. Investigação Geotécnica para Projetos de Fundação. Fevereiro, 2017. Disponivelem:https://www.bornsales.com.br/singlepost/2017/02/06/investiga%C3%A7%C3%A3o-geot%C3%A9cnica-para-projetos-de-funda%C3%A7%C3%A3o

GARCIA; Jean, R. Investigação Geotécnica do Solo: entenda essa etapa. Abril, 2020. Disponível em: https://blog.fastformat.co/como-fazer-citacao-de-artigos-online-e-sites-da-internet/

Integro – Geofísica Aplicada. Métodos de Investigação do Solo. Disponível em: https://intergeo.org/metodos-de-investigacao-do-solo/

MARINHO, F.A.M. Investigação Geotécnica Para Quê?. COBRAE 2005 – Vol. 2. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/222204/mod_resource/content/0/Marinho%20-%20Investiga%C3%A7%C3%A3o%20-%20COBRAE2005-Final.pdf

MOURA, A. S: COLS. Caracterização preliminar geotécnica do subsolo do Campo Experimental de Geotecnia e de Fundações da Universidade Federal do Ceará. Brazilian Journal of Developmen, Vol 7, Curitiba, 2021

PEIXOTO, Isabela. Métodos de Investigação Geológica. Outubro, 2018. Disponível em: http://igeologico.com.br/metodos-de-investigacao-geologica/

Rocha Brasil Engenharia. Que consiste as investigações geotécnicas. Junho, 2018. Disponível em: https://rochabrasil.net/engenharia-geotecnica/que-consiste-as-investigacoes-geotecnicas/