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Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho
1 Aula 02
Prospecção de Subsolo
Prof: João Henrique
Sumário Prospecção de Subsolo .................................................................................................................. 2
Investigação Geotécnica de Campo .............................................................................................. 3
Ensaios in-situ ................................................................................................................................ 4
NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens ............................................................................ 4
Determinação do número de Sondagens ................................................................................. 5
Exercício 1 – Número de Sondagens ............................................................................................. 5
Atividade 1 ................................................................................................................................ 6
Atividade 2 ................................................................................................................................ 6
Atividade 3 ................................................................................................................................ 7
SPT (Standard Penetration Test) ................................................................................................... 7
Execução .................................................................................................................................... 9
Critérios de paralisação da sondagem ...................................................................................... 9
Apresentação dos resultados .................................................................................................. 10
Resistência à penetração ........................................................................................................ 10
Exemplo de um Perfil de Solo (SPT) ........................................................................................ 11
Perfis geológicos típicos .......................................................................................................... 12
SPT-T (Torque) ............................................................................................................................. 12
Exercício 2 – SPT e SPT-T ............................................................................................................. 15
Atividade 1 .............................................................................................................................. 15
Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) .................................................................................. 16
Exercício 3 ................................................................................................................................... 18
Atividade 1 .............................................................................................................................. 18
Ensaio de Palheta (“Vane Test”) ................................................................................................. 18
Execução .................................................................................................................................. 18
Características do ensaio......................................................................................................... 19
Exercício 4 ................................................................................................................................... 20
Atividade 1 .............................................................................................................................. 20
Prova de Carga sobre Placa ......................................................................................................... 20
Execução .................................................................................................................................. 21
Resultados de uma prova de carga ......................................................................................... 21
Ensaio Pressiométrico ................................................................................................................. 22
Perfil de Sondagem ..................................................................................................................... 23
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2 Bibliografia .................................................................................................................................. 23
Prospecção de Subsolo O reconhecimento das condições do subsolo constitui pré-requisito para
projetos de fundações seguros e econômicos. No Brasil o custo envolvido na execução
de sondagens de reconhecimento varia normalmente entre 0,2 e 0,5% do custo total
da obram sendo as informações obtidas indispensáveis à previsão dos custos fixos
associados ao projeto e sua solução. (SCHNAID, 2000)
Projetos geotécnicos de qualquer natureza são normalmente executados com
base em ensaios de campo, cujas medidas permitem uma definição satisfatória da
estratigrafia do subsolo e uma estimativa realista das propriedades geomecânicas dos
materiais envolvidos. Estas informações são necessárias em projetos de fundações,
estabilidade de taludes, estruturas de contenção, dimensionamento de pavimentos,
infraestrutura hídrica, entre outros. (SCHNAID, 2000)
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3 Investigação Geotécnica de Campo
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4 Ensaios in-situ
NBR 8036/1983 – Programação de Sondagens
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5 Determinação do número de Sondagens
Os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribuídos na área em estudo, e
devem ter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir,
significamente, no comportamento da fundação.
No caso de fundações para edifícios, o número mínimo de pontos de sondagens a
realizar é em função da área a ser construída, de acordo com a NBR 8036/1983.
Os furos de sondagens deverão ser distribuídos em plante, de maneira a cobrir toda a
área em estudo. A figura abaixo apresenta alguns exemplos de locação de sondagens em
terreno urbanos. A distância entre os furos de de sondagem deve ser de 15 a 25 m, evitando
que fiquem numa mesma reta e de preferência, próximos aos limites da área de estudo.
Exercício 1 – Número de Sondagens Determine o número de sondagens a serem realizadas em uma determinada construção, em
função da área de projeção desta construção, e realize a locação dos pontos:
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6 Atividade 1
Área:
Número de Sondagens:
Atividade 2 Área:
Número de
Sondagens:
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7 Atividade 3
Área:
Número de Sondagens:
SPT (Standard Penetration Test) O SPT é reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de
investigação em praticamente todo o mundo, permitindo uma indicação da densidade de solos
granulares, também aplicado à identificação de consistência de solos coesivos e mesmo de
rochas brandas. O ensaio está regulado pela NBR 6484/1980, porém na américa do sul é
usada com frequência a norma americana ASTM DI.586:67.
“Nem o equipamento nem os procedimentos da
escavação foram completamente padronizados em nível
internacional no ensaio SPT. As diferenças existentes podem ser
parcialmente justificadas pelos desenvolvimentos e
investimentos de cada país. Porém mais importante são as
adaptações das técnicas de escavação às diferentes condições
de subsolo.” Ireland, Moretto e Vargas, 1970
O ensaio SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma
sondagem de simples reconhecimento. A perfuração é realizada por tradagem e circulação de
água utilizando-se um trépano de lavagem como ferramenta de escavação. Amostras
representativas do solo são coletadas a cada metro de profundidade por meio do amostrador-
padrão, de diâmetro externo de 50 mm. O procedimento de ensaio consiste na cravação deste
amostrador no fundo de uma escavação (revestida ou não), usando um peso de 65,0 Kg,
caindo de uma altura de 750mm. O valor do Nspt é o número de golpes necessário para fazer o
amostrador penetrar 300 mm, após uma cravação inicial de 150mm.
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8
As vantagens deste ensaio com relação aos demais são:
Simplicidade do equipamento
Baixo custo
Obtenção de um valor numérico que pode ser relacionado com regras empíricas de
projeto.
Influência da propriedade de solos granulares na resistência a penetração:
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9 Execução
1- Os primeiros 55 cm devem ser realizados com o trado, mas se o trado atingir o nível de
água ou então algum material resistente, daí em diante, a perfuração continua com o
uso do trépano e circulação de água, processo denominado de “lavagem”.
O trépano é uma ferramenta da largura do furo e com terminação em bisel cortante,
usado para desagregar o material do fundo do furo. O trépano vai sendo cravado no
fundo do furo por repetidas quedas da coluna de perfuração (trépano e hastes).
O martelo cai de uma altura de 30 cm, e a queda é seguida por um pequeno
movimento de rotação, acionado manualmente da superfície, com uma cruzeta
acoplada ao topo da coluna de perfuração. Injeta-se água sob pressão pelos canais
existentes nas hastes, esta água circula pelo furo arrastando os detritos de perfuração
até a superfície. Para evitar o desmoronamento das paredes nas zonas em que o solo
apresenta-se pouco coeso é instalado um revestimento metálico de proteção (tubos
de revestimento).
2- Os 45 cm restantes são cravados através do impacto de uma massa metálica de 65 kg
caindo em queda livre de 75 cm de altura. O resultado do teste SPT será a quantidade
de golpes necessários para fazer penetrar os últimos 30 cm do amostrador no fundo
do furo.
Critérios de paralisação da sondagem
O processo de perfuração, por trado ou lavagem, associado aos ensaios penetrométricos,
será realizado até onde se obtiver nesses ensaios uma das seguintes condições:
1. Quando em 3 m sucessivos se obtiver índices de penetração maiores do que 45/15;
2. Quando em 4 m sucessivos forem obtidos índices de penetração entre 45/15 e 45/30;
3. Quando, em 5 m sucessivos, forem obtidos índices de penetração entre 45/30 e 45/45
(número de golpes/espaço penetrado pelo amostrador).
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10 Caso a penetração seja nula dentro da precisão da medida na sequência de 5 impactos do
martelo o ensaio será interrompido, não havendo necessidade de obedecer o critério
estabelecido acima.
Entretanto, ocorrendo essa situação antes de 8,00 m, a sondagem será deslocada até o
máximo de quatro vezes em posições diametralmente opostas, distantes 2,00 m da sondagem
inicial.
Apresentação dos resultados
Os dados colhidos na sondagem são mostrados na forma de perfil individual do furo, ou
seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseado na
descrição dos “testemunhos”, aquelas amostras colhidas durante a perfuração. A descrição
dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui:
1. Classificação litológica: Cor, tonalidade e dados sobre formação geológica,
mineralogia, textura e tipo dos materiais.
2. Estado de alteração das rochas: Trata-se de um fator que faz variar
extraordinariamente suas características. As descrições do grau de alteração das
rochas, embora muito informativas, são até certo ponto subjetivas por se basearem
normalmente na opinião do autor da classificação.
3. Grau de fraturamento: Uma das maneiras de avaliar o grau de fraturamento da rocha
é através do número de fragmentos por metro, obtido dividindo-se o número de
fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.
Resistência à penetração
O amostrador é cravado 45 cm no solo, sendo anotado o número de golpes
necessários à penetração de cada 15 cm, sendo o Nspt a soma dos últimos 30 cm.
A tabela abaixo apresenta correlações empíricas, que permite uma estimativa da
compacidade das areias e da consistência das argilas, a partir da resistência à penetração
média das sondagens.
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11 Exemplo de um Perfil de Solo (SPT)
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12
Perfis geológicos típicos São Paulo - Avenida Paulista -- Localizado no topo de um espigão que
corta a capital do Estado de São Paulo, ou seja, num topo de montanha que,
provavelmente, já foi muito mais alta na remota antiguidade. Assim, o solo já foi
compactado pela natureza, sendo relativamente firme e o lençol freático fica
baixo. Assim, construções menores podem usar fundação direta (sapatas) e os
prédios maiores devem utilizar tubulão ou estacas, que podem ser tanto do tipo
Strauss (moldada in loco), pré-moldada de concreto ou aço ou outras, especiais,
para edifícios maiores.
Santos (SP) - Orla da praia -- Este é um caso clássico na mecânica dos
solos. A cidade de Santos é mundialmente conhecida pelos seus edifícios fora de
prumo à beira mar. Isto ocorreu porque, na época de sua construção, utilizou-se
fundações rasas apoiadas a cerca de 8 m de profundidade, onde se encontra um
solo relativamente rígido (SPT 8). Entretanto, cerca de 10 m abaixo, encontra-se
uma areia argilosa mutio mole, cujo SPT é 1/60, ou seja, o martelo dá uma batida
e já penetra 60 cm. Muitos edifícios foram construídos sobre sapatas, isto é, com
fundação rasa. Em ambos os casos, ao longo dos anos a argila vai recalcando, o
solo vai cedendo e os edifícios afundam. Há casos em que os prédios desceram
mais de 1 metro em relação ao nível original. Os prédios mais novos utilizam
estacas mais profundas, que vão buscar o solo mais duro a mais de 27 metros de
profundidade. os edifícios ficaram tortos porque não afundaram por igual, pois um prédio faz
pressão sobre a fundação do vizinho, e naquele local ambos afundam mais pois existe uma
pressão maior sobre o sub-solo.
São Paulo (SP) - Cidade Universitária -- Esta região fica na margem do Rio
Pinheiros, do lado oposto onde aconteceu o desmoronamento na Linha 4 da obra
do Metrô no início de 2007. Trata-se de um solo instável, típico de locais que já
estiveram em baixo da água por muitos milhares de anos. O solo é constituído por
uma camada de aterro que repousa em cima de argila orgânica, típica de áreas
pantanosas. Assim, qualquer obra de fundação nesta região precisa ser estudada
com muita atenção, em geral usa-se-se fundação profunda com estacas pré-
moldadas ou tubulões a ar comprimido, devido ao fato do lençol freático estar
praticamente à superfície.
SPT-T (Torque) O procedimento SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements)
consiste em após a cravação do amostrador padrão conforme prevê a Norma Brasileira NBR
6484/2001, retirar-se a cabeça de bater e colocar o disco centralizador até este apoiar-se no
tubo guia. Rosqueia-se na mesma luva, onde estava acoplada a cabeça de bater, o pino
adaptador. Encaixa-se no pino uma chave soquete onde se acopla o torquímetro.
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13 A figura a seguir mostra o equipamento pronto para realizar o ensaio SPT-T.
Aplica-se à haste uma torção, medindo, por meio de um torquímetro usado como braço de alavanca e mantido na horizontal, o momento de torção máximo necessário à rotação do amostrador, para obter, assim, uma medida da resistência lateral.
Na rotação que se aplica ao amostrador por meio de um torquímetro pode-se medir um torque máximo, que define a tensão de atrito lateral (fs máxima) e o torque residual, que define a tensão de atrito lateral mínima (fs residual) após o remodelamento da película de solo na interface com o amostrador.
As principais informações obtidas com o ensaio de SPT-T são:
A identificação das diferentes camadas de solo que compõem o subsolo; são feitas com auxílio de um geólogo experiente, que através da cor, da textura
A classificação dos solos de cada camada; através de ensaios em laboratório de solos tal como granulométrico que classifica o solo em pedregulho, areia, silte e argila.
A existência ou não de Lençol freático e o nível inicial e após 24 horas; se a amostra de solo obtida estiver com grau de umidade elevada então o nível do lençol freático se encontra nesta cota, ao termino do ensaio deve-se esgotar o furo e proceder a medida do nível do lençol freático após o período de 24 horas.
A capacidade de carga do solo em várias profundidades; é expresso por formulações que utilizam o N que é o número de golpes obtido para cravar o amostrador 30 cm no solo.
Índice de torque (TR); é a relação entre o torque medido em kgf/m pelo valor N do SPT, descrito pela seguinte equação:
O ensaio de SPT-T está sendo utilizado em obras de médio e grande porte que utilizam
fundações profundas de atrito lateral, ajudando a minimizar os erros grosseiros que podem
acontecer no ensaio de SPT, ditos anteriormente.
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14 A introdução da medida de torque no ensaio de SPT veio para dar suporte a um
dos melhores métodos de avaliação do solo.
O SPT quando realizado em solos que apresentam camadas com pedregulho
pode ter seu N (número de golpes) elevado por consequência de alguma pedra interferir
no ensaio, paralelo ao SPT, a medida do torque mostra que o atrito lateral não é afetado
quando ocorrido o problema.
Então podemos dizer que o SPT-T foi idealizado para corrigir o ensaio de SPT.
A partir do conhecimento das propriedades e parâmetros geotécnicos, dos solos
da bacia sedimentar terciária do estado de S. Paulo, os autores admitiram que, a relação
T/N é aproximadamente 1,2. A partir daí, Dècourt (1996) propôs que se definisse a
equivalência entre o SPT e o SPT-T, como sendo o valor do torque T (Kgf x m)
dividido por 1,2, tendo por base o conceito de N equivalente (Neq.)
Entretanto, deve-se frisar que, a sua utilização deverá ser feita com muita
cautela. As comprovações existentes estão muito longe de se constituir numa prova
definitiva de ampla aplicabilidade, a partir da premissa estabelecida, para os solos da
BST SP (Bacia Sedimentar Terciária de S. Paulo).
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15 Exercício 2 – SPT e SPT-T
Atividade 1 Determinar o Nspt e a razão de atrito do ensaio:
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16 Ensaio de Cone (CPT) e Piezocone (CPTU) Os ensaios de cone e piezocone, conhecidos pelas siglas CPT (Cone Penetration Test) e
CPTU (Piezocone Penetration Test) respectivamente, vêm se caracterizando
internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica.
Resultados dos ensaios podem ser utilizados para determinação estratigráfica de perfis de
solos, determinação de propriedades dos materiais prospectados, particularmente em
depósitos de argilas moles, e previsão da capacidade de carga de fundações. (SCHNAID, 2000)
As dificuldades inerentes à comparação de resultados obtidos com diferentes
equipamentos levaram à padronização dos ensaios pela ASTM (1979), ISSMFE (1977, 1989) e
ABNT MB 3.406/1991.
O princípio do ensaio de cone é bastante simples, consistindo na cravação no terreno
de uma ponteira cônica (60 graus de ápice) a uma velocidade constante de 20mm/s. A seção
do cone é normalmente de 10 cm², podendo atingir 15 cm² para equipamentos mais robustos,
de maior capacidade de carga. Enquanto os equipamentos de ensaio são padronizados, há
diferenças entre equipamentos, que podem ser classificados em três categorias: (SCHNAID,
2000)
1. Cone Mecânico: Caracterizado pela medida na superfície, com a transferência
mecânica pelas hastes, dos esforços necessários para cravar a ponta cônica
(qc) e o atrito lateral (qf).
2. Cone Elétrico: cujas células de carga instrumentadas eletricamente permitem
a medida de (qc) e (qf) diretamente na ponta.
3. Piezocone: que além das medidas elétricas de (qc) e (qf), permite a contínua
monitoração das pressões neutras (u) geradas durante o processo de cravação.
A penetração é obtida através da cravação contínua de hastes de comprimento de 1m,
seguida de retração do pistão hidráulico para posicionamento de nova haste.
No caso do CPT, as grandezas medidas são a
resistência da ponta (qc) e o atrito lateral (fs), sendo a
razão de atrito Rf = fs/qc, o primeiro parâmetro
derivado do ensaio, utilizado para classificação dos
solos.
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17
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18 Exercício 3
Atividade 1 Determinar a razão de atrito Rf = fs/qc e classificar os solos.
Ensaio de Palheta (“Vane Test”) O ensaio de palheta é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao
cisalhamento não-drenada (Su) de depósitos de argilas moles. Este ensaio, sendo passível de
interpretação analítica, assumindo a hipótese de superfície de ruptura cilíndrica, serve de
referência a outras técnicas e metodologias, cuja interpretação requer a adoção de
correlações semi-empíricas. Complementarmente, busca-se informações quanto à história de
tensões do solo indicado pelo perfil da razão de sobre-adensamento (OCR).
Em outubro de 1989, o ensaio foi normalizado pela ABNT como NBR 10.905 – Ensaio
de palheta in situ.
Execução O ensaio de palheta visa determinar a resistência não-drenada do solo in situ (Su).
Utiliza uma palheta de seção cruciforme que, cravada em argilas saturadas, de consistência
mole a rija, é submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação, em condições
não drenadas. É, portanto, necessário o conhecimento prévio da natureza do solo onde será
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19 realizado o ensaio, não só para avaliar sua aplicabilidade, como para posteriormente
interpretar adequadamente os resultados.
O ensaio de palheta pode ser realizado de duas formas diferentes: a) Ensaios tipo A – sem perfuração prévia: apresentam resultados de melhor qualidade,
sendo utilizados em solos de baixa consistência, onde é possível sua cravação estática a partir do nível do terreno;
b) Ensaios tipo B – com perfuração prévia: realizados em escavações previamente realizadas, e em geral, revestidas, sendo mais susceptíveis de erros devido a atritos mecânicos e translação da palheta.
Características do ensaio
1- A palheta em forma de cruz é constituída de 4 aletas, fabricadas em aço de alta resistência, com diâmetro de 65mm e altura de 130mm ( altura igual ao dobro do diâmetro). Admite-se palheta retangular menor ( 50mm de diâmetro e 100mm de altura quando o ensaio for realizado em argilas rijas ( Su > 50Kpa)
2- A haste fabricada em aço capaz de suportar os torques aplicados, conduz a palheta até a profundidade do ensaio.
3- O equipamento de aplicação e medição do torque, projetado para imprimir uma rotação ao conjunto de haste fina/ palheta de 6 ± 0,6º/ min, deve possuir mecanismo de coroa e pinhão, acionado por manivela ou por motor elétrico.
A realização do ensaio é feita com a introdução da palheta no interior do solo, na profundidade de ensaio, sendo então feito a aplicação e medição do torque. O tempo máximo permitido entre a colocação da palheta no furo e o início de sua rotação é de 5 minutos. Para determinar a resistência amolgada imediatamente após a aplicação do torque máximo são realizadas dez revoluções completas da palheta e refeito o ensaio.
Com base no torque medido é possível determinar a resistência ao cisalhamento não-
drenado do solo:
𝑺𝒖 =𝟎, 𝟖𝟔.𝑴
𝝅.𝑫³
Onde:
M = torque máximo medido (KN.m)
D = Diâmetro da palheta (m)
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20 Exercício 4
Atividade 1 Determinar a resistência ao cisalhamento não-drenado do solo, das 3 camadas. Diâmetro:
65mm.
Prova de Carga sobre Placa A prova de carga sobre placa se constitui na realidade em ensaio em modelo reduzido
de uma sapata. Ela nasceu antes das conceituações da Mecânica dos Solos, aplicada
empiricamente na tentativa de obtenção de informações sobre o comportamento tensão-
deformação de um determinado solo de fundação.
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21 É oportuno que se saliente desde já que, por sua pequena dimensão, apenas o solo
situado imediatamente abaixo da placa é solicitado durante uma prova de carga. Uma prova
de carga superficial nos daria informações sobre a camada de areia de apoio das sapatas, nada
dizendo sobre o comportamento do edifício que aplicará tensões que alcançarão a camada
compressível profunda.
Execução A execução de uma prova de carga é regulamenta pela NBR-6489 (Prova de carga
direta sobre terreno de fundação). Uma placa de aço rígida de 80cm de diâmetro é carregada
em estágios por um macaco hidráulico reagindo contra uma cargueira. Um estágio de carga
somente é aplicável após terem praticamente cessado os recalques do estágio anterior. As
cargas são aplicadas até a ruptura do solo e, caso isto não aconteça, até que se atinja o dobro
da tensão admissível presumida para o solo, ou um recalque julgado excessivo. A curva
pressão x recalque é obtida ligando-se os
pontos estabilizados (linha pontilhada).
Resultados de uma prova de carga A ordem de grandeza de tensão admissível do solo, com base no resultado de uma prova de
carga (desprezando-se o efeito de tamanho da sapata), e obtida da seguinte maneira:
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22 Solos com predominância de ruptura geral:
𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑟
2
Onde:
σadm = tensão admissível
σr = tensão de ruptura
Solos com predominância de ruptura local:
Em que 𝜎25 é a tensão correspondente a um recalque de 25mm (ruptura convencional) 𝜎10 é
a tensão correspondente a um recalque de 10 mm (limitação de recalque).
É importante, antes de se realizar uma prova de carga, conhecer o perfil geotécnico do solo
para evitar interpretações erradas. Assim, se no subsolo existirem camadas compressíveis em
profundidades que não sejam solicitadas pelas tensões aplicadas pela fundação, a prova de
carga não terá qualquer valor para se estimar a tensão admissível da fundação da estrutura,
visto que o bulbo de pressões desta é algumas vezes maior do que o da placa.
Ensaio Pressiométrico O módulo de deformabilidade do solo (módulo cisalhante G ou módulo de
Young E) é o parâmetro de maior interesse geotécnico quando da realização de
ensaios pressiométricos, já que são reconhecidas as dificuldades em determiná-lo
através de outros ensaios de campo e laboratório.
O módulo pressiométrico Em é
obtido a partir da declividade do
tramo pseudo-elástico da curva
pressiométrica corrigida.
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23
Perfil de Sondagem Os dados obtidos em uma investigação do subsolo são normalmente apresentados na forma
de um perfil para cada furo de sondagem.
A posição das sondagens é amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locação
bem como o nível da boca do furo que é amarrado a uma referência de nível RN bem definido.
Figura: Planta de Locação de furos
Bibliografia
Fundações I UNINOVE – Universidade Nove de Julho
24 GODOY, Nelson S., Investigação do subsolo para fundações, USP-EESC 1971.
GANDOLFI, Nilson et al. Geologia para Engenheiros Civis. Publicação 048/92 EESC-USP
VELLOSO, Dirceu A.; LOPES, Francisco. Fundações volumes I e II. Editora Oficina de
Textos, 2004.
HACHICH, Waldemar. Et al. Fundações: Teoria e Prática, São Paulo, PINI, 1996.