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EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO 7.1 INTRODUÇÃO

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 a 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.

7.2 TIPOS DE OBRAS E SEUS PROBLEMAS ESPECÍFICOS

Para fins de investigação do subsolo, as obras ou estruturas podem ser divididas em três categorias:

• Estruturas para as quais o problema básico é a interação com o solo adjacente. Como exemplo podemos citar os muros de contenção, estacas pranchas, túneis e condutos enterrados. Nestes casos o principal interesse é o conhecimento das características carga-deflexão da superfície de contato.

• Estruturas como aterros rodoviários ou ferroviários, barragens de terra, enrocamento, bases e sub-bases de pavimentos como também maciços suportados pelos muros de arrimo, onde além de se levar em conta a interação solo-estrutura, torna-se necessário conhecer as propriedades dos materiais usados na construção de modo que se possa prever o comportamento da própria estrutura.

• Estruturas naturais de solo ou rocha, tais como as encostas naturais e os taludes de cortes. Nesses casos é imprescindível o conhecimento das propriedades dos materiais quando submetidos às mais diversas condições.

7.3 CONDIÇÕES GEOLÓGICAS DO LOCAL

O conhecimento prévio da geologia local é de suma importância em qualquer investigação geotécnica o conhecimento prévio da geologia local.

As informações obtidas a partir de mapas geológicos, fotografias aéreas ou de satélites e ainda reconhecimento expedito no campo, poderão indicar em termos gerais, a natureza dos solos, os tipos de rocha, suas propriedades de engenharia mais significativas e as condições do lençol d’água.

O estudo da geologia local não é importante apenas para indicar a possibilidade de ocorrências que poderão trazer problemas futuros à obra, devido por exemplo àqueles provocados por horizontes de solos moles, depósitos de talus ou presença de matacões, como também é muito útil na interpretação dos resultados obtidos nas investigações.

7.4 CARACTERÍSTICAS DO LOCAL

As condições físicas da área a investigar são decisivas na escolha de um programa de investigação. Alguns serviços levados à efeito facilmente em terreno firme tornam-se impossíveis ou extremamente onerosos se previstos para serem realizados com a ocorrência d’água.

7.5 OBJETIVOS DE UM PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO

As informações básicas necessárias para um programa de investigação do subsolo são: a) Determinação da extensão (ou área em planta), profundidade e espessura de cada horizonte (camada) de solo, além de uma descrição do solo, deve incluir a compacidade se for solo granular e o estado de consistência se o mesmo for coesivo. b) A profundidade da superfície da rocha e sua classificação, incluindo informações sobre extensão (ou área em planta), profundidade e espessura de cada extrato rochoso, mergulho e direção das camadas, espaçamento de juntas, planos de acamamento, presença de falhas e o estado de alteração e decomposição. c) Informações sobre a ocorrência de água no subsolo: profundidade do lençol freático e suas variações e lençóis artesianos (caso exista). d) Coleta de amostras indeformadas que possibilitem quantificar as propriedades mecânicas do solo com que trata a Engenharia: compressibilidade, permeabilidade e resistência ao cisalhamento.

NOTA: Em muitos casos nem todas as informações acima são necessárias, e em outros seriam suficientes valores estimativos.

Em se tratando de fundações de estruturas convencionais já está celebrizado que elas devem satisfazer três requisitos básicos:

• A carga de trabalho deve ser adequadamente menor que a capacidade de suporte do solo, de modo a assegurar à fundação um determinado fator de segurança;

• Os recalques total e diferencial devem ser suficientemente pequenos e compatíveis com a estrutura para que a mesma não venha a sofrer danos causados pelos movimentos das fundações.

• Os efeitos da estrutura e da sua construção nas obras vizinhas devem ser avaliados e as necessárias medidas de proteção devem ser levadas a efeito. Dependendo da natureza do terreno investigado, muitos casos são resolvidos apenas com as informações referidas na seção 3.1 através das sondagens de reconhecimento que fornecem as correlações entre as indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos e suas cargas admissíveis.

Visando uma racionalização do projeto e, conseqüentemente da execução da obra é desejável que as condições do subsolo que afetarão a construção sejam também analisadas. Pode-se aqui citar a necessidade de escoramento de escavações e o rebaixamento do lençol d’água subterrâneo.

Há ainda que ser considerado que as propriedades químicas do solo e da água do terreno devem ser freqüentemente determinadas para avaliar principalmente o risco de corrosão de obras de concreto (fundações profundas) e de peças metálicas tais como tubulações de ferro.

É muito bem conhecido que alguns sais solúveis atacam de várias maneiras as estruturas de engenharia com as quais mantém contato. Os sais em questão são usualmente os sulfatos, principalmente os de sódio, magnésio e cálcio. Os sulfatos de sódio e magnésio são mais solúveis que os sais de cálcio sendo, portanto potencialmente mais perigosos. Dessa forma, determina-se através de ensaio quantitativo a proporção de sulfatos no solo e também da acidez ou alcalinidade (valor de pH) da água do solo ou simplesmente pH do solo.

7.6 ETAPAS DE INVESTIGAÇÃO

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. Embora uma obra nem sempre necessite de todas estas fases de investigação. A Tabela 1 (Anexo 1) resume os processos utilizados em cada uma das fases de investigação e que serão descritos nos itens seguintes.

7.6.1 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.

7.6.2 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 avaliada com as informações obtidas anteriormente.

A seguir serão descritos os processos utilizados na fase de prospecção, detalhando-se aqueles mais usados no Brasil (Ver Tabela 1 – Anexo 1).

7.6.2.1 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.

7.6.2.2 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.

7.6.3 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. Para um maior conhecimento deste assunto sugere-se a leitura, entre outros, dos trabalhos de (Hanna, 1972; Hvorslev, 1949; Lindquist, 1963). Neste último trabalho, o autor descreve com clareza e precisão alguns pontos importantes da instrumentação, tais como, seu valor e suas limitações, classificação e descrição dos instrumentos de medidas baseando-se na experiência da CESP (Cia Energética de São Paulo) e terminando por apresentar sugestões que facilitarão a vida de um iniciante da área.

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