gne 143 - geotecnia ambiental - aula 09 metodos de investigacao geologico-geotecnica

GNE 143 – GEOTECNIA AMBIENTAL

Métodos de investigação geológico-geotécnica

Prof. DSc. André G. C. Ribeiro

UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRASDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA

SUMÁRIO• Aplicabilidade e Importância• Objetivos da investigação geológico-geotécnica

• Interpretação de Imagens• Mapeamento Geológico• Investigações Geofísicas

• Métodos Diretos • Poços e trincheiras de inspeção• Sondagem a Trado• Sondagem a Percussão• Sondagem Rotativa

• Métodos Semi-diretos • Cone de Penetração Estática• Ensaio com Palheta• Ensaio Pressiométrico• Ensaio Dilatométrico• Outros métodos

• Métodos Indiretos

GNE 143 – GEOTECNIA AMBIENTAL Prof. André Ribeiro

APLICABILIDADE E IMPORTÂNCIA

Construção de obras civis e geotécnicas

Estudos ambientais

Definição de jazidas mineirais

Barragens, aterros sanitários, edificações, etc.

Presença de contaminantes: líquido,

sólido e gasoso.

Localização de recursos mineiras,

petróleo.


APLICABILIDADE E IMPORTÂNCIA

Os principais fatores que devem ser considerados na investigação e caracterização geológica-geotécnica são:

- Perfil estratigráfico; - Posição do nível d’água; - Propriedades mecânicas e hidráulicas: porosidade, permeabilidade e resistência; - Composição química e fonte(s)/receptor(es) de contaminantes, potenciais ou já existentes.

A presença de contaminantes no solo tem levado a mudanças nas técnicas de investigação e caracterização do subsolo, procurando incluir a identificação do tipo, quantidade e como se dará o caminhamento do mesmo através da formação de uma pluma de contaminação.

Para se obter todas essas informações são necessárias que na investigação do subsolo, utilizem-se técnicas que permitam identificar e amostrar solo, água e/ou gás.


OBJETIVOS DA INGESTIGAÇÃO GEOLÓGICA-GEOTÉCNICA

a) Calcular os volumes necessários para remoção ou escavação;

b) Definir a necessidade de tratamento de estabilização dos maciços;

c) Definir o tipo e a quantidade do contaminante existente no subsolo;

d) Delimitar e cubar jazidas minerais;

e) Estabelecer o local mais apropriado para o posicionamento das estruturas das obras civis e geotécnicas.


MÉTODOS INDIRETOS

São métodos que não permitem o acesso ao material investigado, seja “in

situ” ou em amostras, utilizando-se de meios indiretos para a delimitação e

caraterização da unidade geológica.

Permitem determinar a distribuição em profundidade de parâmetros físicos

dos terrenos.

• Interpretação de Imagens

• Mapeamento Geológico

• Investigações Geofísicas- Métodos Geoelétricos- Métodos Sísmicos- Métodos Potenciais


MÉTODOS INDIRETOS

INTERPRETAÇÃO DE IMAGENS

• Sensoriamento remoto: imagens obtidas por satélites e por radar;

• Fotografias aéreas, em diversas escalas;

• Essenciais em estudos regionais e na determinação de estruturas geológicas;

• Método relativamente barato e rápido;

• Todavia, esse recurso técnico não dispensa os trabalhos de campo.


Imagem LANDSAT/TM- Escala 1:1.000.000 Imagem LANDSAT/TM- Escala 1:500.000

Imagem LANDSAT/TM- Escala 1:250.000 Imagem LANDSAT/TM- Escala 1:100.000 GNE 143 – GEOTECNIA AMBIENTAL Prof. André Ribeiro

http://turing-machine.weblog.com.pt/arquivo/foto-aerea-web.jpgAcessado em 02/06/2010


http://turing-machine.weblog.com.pt/arquivo/foto-aerea-web.jpg

MÉTODOS INDIRETOS

MAPEAMENTO GEOLÓGICO

• Caminhamento geral pela área de interesse;

• Mapeamento das unidade geológicas (litotipos, feições estruturais, etc);

• A carta geotécnica é um produto do mapeamento geológico-geotécnico;

• Essencial para a programação das demais investigações;

• Método relativamente barato e rápido;

• Todavia, esse recurso técnico não dispensa os trabalhos de campo.


MÉTODOS INDIRETOS

INVESTIGAÇÕES GEOFÍSICAS

Dentre os métodos de investigação indireta, os métodos geofísicos são os mais utilizados em estudos ambientais, principalmente para a detecção de contaminação de águas subsuperficiais.

Esses métodos permitem avaliar as condições geológicas locais através do contraste nas propriedades físicas dos materiais de subsuperfície, com a vantagem da rápida avaliação de grandes áreas com custo relativamente menor.

A interpretação dos dados geofísicos pode contribuir para a obtenção de informações sobre a litologia, estratigrafia, profundidade do nível d’água, profundidade do embasamento rochoso, presença de falhas e/ou fraturas, existência de aquíferos, caminhos preferenciais de propagação subterrânea e outras feições geológicas de interesse.


MÉTODOS INDIRETOS


Métodos Geolétricos

Métodos Sísmicos

Eletrorresistividade

Potencial Espontâneo

Polarização Induzida

Eletromagnético

Radar de Penetração Constante

Sismica de Refração

Sismica de Reflexão


MÉTODOS INDIRETOSINVESTIGAÇÕES GEOFÍSICAS


Os métodos geoelétricos e os parâmetros físicos para determinação de

seções geolétricas são apresentados na Tabela 1:

Tabela 1 – Métodos Geolétricos e parâmetros físicos

METODOS GEOELÉTRICOS PARÂMETROS FÍSICOS

Eletrorresistividade (Caminhamento elétrico e

Sondagem elétrica vertical)resistividade elétrica

Polarização induzida variações de voltagem

Potencial espontâneo potencial natural

Eletromagnético condutividade

Radar de penetração constante dielétrica/permissividade


MÉTODOS INDIRETOS



o Eletrorresistividade: dificuldade encontrada pela corrente elétrica para se propagar num meio qualquer.

Consiste basicamente no uso de medidas da diferença de potencial elétrico entre dois pontos do terreno, associadas às distribuições de correntes elétricas contínuas ou de baixa frequência, de origem artificial.

Sondagem elétrica Vertical Caminhamento elétrico

normalmente utilizada quando deseja-se informação

pontual

consiste em obter a variação lateral de resistividade a

profundidades aproximadamente constantes.


Sondagem Elétrica Vertical (SEV) - A SEV é aplicada quando se deseja uma informação pontual, com observação da variação vertical da resistividade.

M1 N1A1 B1A2 B2M1 N1A3 B3M1 N1

TÉCNICAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS


Caminhamento Elétrico (CE) ou Tomografia Elétrica (TE) - Quando o interesse do estudo é investigar estruturas em 2D, ou seja, identificar variações laterais da resistividade, utiliza-se a técnica da TE, amplamente conhecida no Brasil como Caminhamento Elétrico.

M1 N1A1 B1M2 N2A2 B2M3 N3A3 B3M4 N4A4 B4M5 N5A5 B5M6 N6A6 B6M7 N7A7 B7



Caminhamento Elétrico (CE) ou Tomografia Elétrica (TE) - Quando o interesse do estudo é investigar estruturas em 2D, ou seja, identificar variações laterais da resistividade, utiliza-se a técnica da TE, amplamente conhecida no Brasil como Caminhamento Elétrico.



MÉTODOS INDIRETOS



o Polarização induzida: é um fenômeno elétrico estimulado por corrente, observado como reposta retardada a voltagem, em materiais naturais.

Consiste na passagem de corrente elétrica, que quando cortada, o campo elétrico não desaparece imediatamente nem exponencialmente, mas de um modo lento, o que caracteriza a polarização induzida ou residual.

Variação da voltagem

Tempo(IP-Domínio do Tempo)

Frequência(IP-Domínio da Frequência)


MÉTODOS INDIRETOS



o Potencial espontâneo: é baseado no fato de que em determinadas condições, heterogeneidades condutoras do subsolo se polarizam e originam correntes elétricas no solo.

É causado por atividades eletroquímicas ou mecânicas, sendo a água o agente mais importante desse mecanismo.

Esse método pode ser utilizado para estudos ambientais, inclusive para determinação das direções de fluxo da água subterrânea.


MÉTODOS INDIRETOSINVESTIGAÇÕES GEOFÍSICAS


o Eletromagnético: caracteriza-se pelo uso de equipamentos de operação muito simples e rápida, o que permite extensa aplicação da metodologia em estudos ambientais:

• mapeamento de plumas de contaminação, • intrusões salinas, • exploração arqueológica, entre outros.

O equipamento mede diretamente a condutividade dos materiais geológicos com base nos princípios da indução eletromagnética.


MÉTODOS INDIRETOS



o Radar de Penetração (GPR): consiste na emissão continua de ondas

eletromagnéticas e recepção dos sinais refletidos nas interfaces ou

estruturas em subsuperfície.

Os sinais são emitidos e recebidos através de antenas dispostas na superfície

do terreno. As medidas de tempo de percurso das ondas eletromagnéticas

são efetuadas ao longo da linha e, quando, justapostas lado a lado, fornecem

uma imagem detalhada da subsuperfície ao longo do perfil estudado.


MÉTODOS INDIRETOS



Tabela 2: Comparativo de aplicações dos métodos geoelétricos (adaptado de CETESB, 2001 e Braga, 1999).


MÉTODOS INDIRETOS


Métodos Sísmicos

São os métodos que baseiam-se na emissão de ondas sísmicas artificiais em subsuperfície ou no mar (geradas por explosivos, ar comprimido, queda de pesos ou vibradores), captando-se os seus "ecos“, refletidos e refratados nas suas descontinuidades, depois de percorrerem determinada distância para o interior da crosta terrestre, por meio de geofones (terra) ou hidrofones (mar) situados na superfície.

Tipos de métodos sísmicos:

– Sísmica de Refração (mais empregado) – Sísmica de Reflexão


MÉTODOS INDIRETOS


Métodos Sísmicos

• Sísmica de Refração: Consiste nas medições de tempo de propagação das ondas acústicas que viajam através de meios subjacentes e refratam ao longo das interfaces com meios de maior velocidade de propagação, retornando à superfície onde são captados pelos geofones.

• Sísmica de Reflexão: As ondas sísmicas são refletidas em contatos de duas camadas de diferentes propriedades elásticas e retornam à superfície, sendo, então, detectadas por sensores (geofones ou hidrofones).


MÉTODOS INDIRETOS


Métodos Sísmicos

Propagação de ondas acústicas (Dourado, 1984)


MÉTODOS DIRETOS

São métodos que permitem o acesso ao material investigado, seja “in situ” ou através de amostras

MÉTODOS DIRETOS

Poços e trincheiras

Sondagens

Rotativa

Percussão

Trado


MÉTODOS DIRETOS

SONDAGENSNA SUPERFÍCIE OU EM POÇOS

RETIRADAS DE AMOSTRAS DO(S) SOLO(S)

INDEFORMADAS DEFORMADAS


MÉTODOS DIRETOS

POÇOS E TRINCHEIRAS DE INSPEÇÃO

Objetivos principais:

• Efetuar medições do nível d’água subterrânea (instalação de piezômetros);• Coletar amostras de água subterrânea para sua caracterização;• Efetuar ensaios hidrológicos para determinação de velocidade e direções

de fluxo e condutividade hidráulica.

São escavados com ferramentas manuais simples como enxadões, picaretas e pás, ou mecanizadas como retroescavadeiras. A extração do material é feita com baldes, roldanas ou sarilho e corda.


Poço escavado manualmente em solo arenosoGNE 143 – GEOTECNIA AMBIENTAL Prof. André Ribeiro

Poços de investigação – coleta de amostras experimento RPM


Trincheiras sendo aberta com retroescavadeira


MÉTODOS DIRETOS

SONDAGEM A TRADO

• É uma perfuração manual de pequeno diâmetro, para a investigação de solo de baixa a média resistência. O trado geralmente é constituído por uma concha metálica dupla ou uma espiral (helicoidal) que perfura o solo enquanto guarda em seu interior o material perfurado.

• Somente atravessa a camada de solo, sendo interrompidos pela ocorrência de

quaisquer materiais mais duros (rocha alterada mole, linha de seixos, etc) e pela

presença de água subterrânea;

• Permite a obtenção de grande volume de amostras deformadas;

• Método rápido e portátil; profundidade máxima em condições ideais: 25 a 30m.


MÉTODOS DIRETOS

SONDAGEM A TRADO

Tipos de trado: A) cavadeira; B) torcido; C) helicoidal 1; D) helicoidal 2.


MÉTODOS DIRETOS

SONDAGEM A PERCURSSÃO

• É uma escavação manual com o trado, acoplado a hastes de aço e a um T para o movimento giratório. Executadas com tripé, motor, hastes, ferramentas, etc, empregando trado ou trépano e circulação de água (lavagem);

• Geralmente executadas com um ensaio de resistência à penetração tipo SPT a cada metro.

• Profundidade limitada pelo do topo rochoso ou camada de mais de 10cm de material duro;

• Perfura abaixo do nível d’água (NA) subterrâneo com revestimento e bomba d’água.

• Permite obter amostras deformadas com trado, e semi-deformadas, com barrilete amostrador do ensaio SPT


Esquema da sondagem a percussão


ENSAIO SPT

APRESENTAÇÃO DA SONDAGEM A PERCURSSÃO COM ENSAIO SPT

MÉTODOS DIRETOS

SONDAGEM ROTATIVA

• Executadas através de equipamentos próprios (tripé, perfuratriz, bombas, hastes, revestimentos, brocas, ferramentas, etc).

• Quando se atinge material impenetrável à percussão (estrato rochoso, matacões, solos extremamente rijos etc…)

• Tem capacidade para atravessar qualquer tipo de material e atingir profundidades de centenas de metros;

• Permite a retirada de testemunhos – amostras cilíndricas de corpos rochosos;

• Equipamento: perfuratriz (sonda rotativa) com coroa diamantada.


Equipamento de sondagem rotativa


MÉTODOS SEMI-DIRETOSa. Há perfuração (introdução de equipamento no subsolo), porém sem coleta

de amostras;b. Em geral, destinam-se a medir propriedades específicas dos materiaisc. São realizados quando:

A amostragem é difícil ou inconveniente; Deseja-se minimizar perturbações e variações no estado de tensões devido ao processo

de amostragem, transporte e manuseio das amostras; A configuração do subsolo tem muita influência na propriedade medida.

MÉTODOS SEMI-DIRETOS

Cone de Penetração Estática e Cone Ambiental

Ensaio Pressiométrico

Ensaio Dilatométrico

Ensaio com Palheta



CONE DE PENETRAÇÃO ESTÁTICA

• Equipamento motorizado que, por meio de um sistema hidráulico introduz uma ponteira padronizada no terreno, para determinar a resistência a penetração;

• Aplicado em solos pouco resistentes (em geral, em argilas moles).



• A ponteira cônica apresenta outros sensores:

– sensores de temperatura,

– de pH,

– de contaminantes específicos, etc...

• Uso crescente em Geotecnia Ambiental (monitoramento de áreas sujeitas a

contaminações).

CONE AMBIENTAL



ENSAIO DE PALHETA (ou Vane Test)

• Utilizado para obtenção de índices de resistência ao cisalhamento do solo;

• O ensaio consiste em cravar a palheta no fundo do furo e rotacioná-la gradualmente, medindo-se o torque necessário até a ruptura do solo.

• Aplicado em solos pouco resistentes.



ENSAIO PRESSIOMÉTRICO

• Para a determinação “in situ” de características de deformabilidade e resistência dos solos.

• É executada uma prova de carga horizontal no solo através de uma sonda dilatável introduzida num furo de sondagem de mesmo diâmetro.

• A sonda é dilatada pela injeção d’água sob pressão crescente.



ENSAIO DILATOMÉTRICO

• Equipamento: Dilatômetro de Marchetti;

• Proporciona medições de pressões laterais do solo e Ko (coeficiente de empuxo no repouso);

• O equipamento é autoperfurante (o dilatômetro é introduzido no solo durante a perfuração);

• Nas profundidades desejadas, as membranas do dilatômetro são infladas com gás e a pressão para deslocá-las 1.1mm é medida.GNE 143 – GEOTECNIA AMBIENTAL Prof. André Ribeiro

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