INSTRUMENTAÇÃO

GEOTÉCNICAIntrodução à Geotecnia 2015

PORQUE INSTRUMENTAR?

A instrumentação geotécnica fornece dados que ajudam os engenheiros

em qualquer estágio de um projeto.

INVESTIGAÇÃO DE CAMPO

Os instrumentos são utilizados para a caracterização das condições locais.

Parâmetros comuns de interesse são: poro-pressão de campo,

permeabilidade do solo e estabilidade de taludes.

VERIFICAÇÃO DE PROJETO

Os instrumentos são utilizados para verificar hipóteses de projeto e para

checar o comportamento como previsto. A instrumentação em fases

iniciais de um projeto permitem rever a necessidade (ou a oportunidade)

de modificar o projeto nas fases seguintes.

CONTROLE DA CONSTRUÇÃO

Os instrumentos são utilizados para monitorar os efeitos da construção. A

instrumentação pode auxiliar o engenheiro a determinar quão rápido

uma construção pode prosseguir sem o risco de ruptura.

CONTROLE DE QUALIDADE

A instrumentação pode ser utilizada tanto para reforçar a qualidade do

trabalho em um projeto quanto para documentar que ele foi realizado

dentro das especificações.

SEGURANÇA

A instrumentação fornece avisos de rupturas iminentes, dando tempo

para uma evacuação rápida da área e tempo para a implementação de

ações mitigadoras. Um monitoramento seguro requer rápida atenção,

processamento e apresentação dos dados, assim as decisões podem ser

tomadas rapidamente.

PROTEÇÃO LEGAL

Os dados de instrumentação podem fornecer evidências legais para a

defesa dos projetistas e construtores se proprietários de

terrenos/construções adjacentes acusarem a obra de causar danos ao

patrimônio.

COMPORTAMENTO

A instrumentação é utilizada para monitorar o comportamento de uma

estrutura. Por exemplo, o monitoramento de parâmetros como

vazamento, pressão de água e deformação fornecem indicação do

comportamento de uma barragem. O monitoramento de cargas em

escoras ou tirantes e deslocamentos em uma encosta dão indicação do

comportamento do sistema de drenagem instalado em uma encosta

estabilizada.

CARACTERÍSTICAS DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICAS DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICAS DOS

INSTRUMENTOS

ACURÁCIA X PRECISÃO DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICA DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICA DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICA DOS

INSTRUMENTOS

CARACTERÍSTICA DOS

INSTRUMENTOS

APLICAÇÕES DA INSTRUMENTAÇÃO

Poro-pressão de água Razões para monitoramento Instrumento utilizado

• Determinar taxas seguras de

enchimento

• Verificar a estabilidade de taludes

• Projeto e construção em subpressão

• Monitoramento da efetividade de

sistemas de drenagem

• Piezômetro de tubo

fechado

• Piezômetro de tubo aberto

MONITORAMENTO DA PORO-

PRESSÃO

Aterros

Monitorar o fluxo

Monitorar o recalque

MONITORAMENTO DA PORO-

PRESSÃO

Escorregamentos

Calcular a resistência do solo

Calcular a massa de solo

MONITORAMENTO DA PORO-

PRESSÃO

Muros de contenção

Monitorar a pressão de água para calcular a carga aplicada ao muro

MONITORAMENTO DA PORO-

PRESSÃO

Paredes diafragma ou estacas

prancha

Monitorar a pressão de água para calcular a carga

aplicada ao muro

Monitorar o rebaixamento do lençol para prever

recalques

Monitorar a subpressão na base da escavação

MONITORAMENTO DA PORO-PRESSÃO

Rebaixamento e escavações

Determinar a eficiência do sistema de rebaixamento

Prover alertas de inundação

MONITORAMENTO DA PORO-

PRESSÃO

Cravação de estacas

Monitorar o excesso de poro-pressão gerado pela cravação da estaca. O

carregamento da estaca só pode ser realizado após a dissipação do

excesso de poro-pressão

INSTRUMENTOS PARA MONITORAR A

PORO-PRESSÃO

Piezômetros de tubo aberto

Piezômetros de tubo fechado

PIEZÔMETROS DE SISTEMA ABERTO

PIEZÔMETROS DE SISTEMA ABERTO

PIEZÔMETROS DE SISTEMA FECHADO

Figura: Esquema Piezômetro de Corda

Vibrante(Fonte: Dunnicliff, 1988)

PIEZÔMETROS DE SISTEMA FECHADO

APLICAÇÕES DA INSTRUMENTAÇÃO

Deformação lateral Razões para monitoramento Instrumento utilizado

• Avaliar a estabilidade de taludes e

aterros

• Determinar a necessidade e prazo

para medidas corretivas

• Verificar o comportamento e

segurança de obras de contenção

e cortes/aterros

• Inclinômetros

• Extensômetros

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

LATERAL

Escorregamentos, cortes e aterrosMonitorar a estabilidade

Detectar zonas de cisalhamento e auxiliar na determinação de ruptura plana ou circular

Determinar se a movimentação é constante, acelerada ou lenta

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

LATERAL

Muros de contenção

Monitorar a deformação do solo atrás do muro

Verificar se há rotação do muro

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

LATERAL

Parede diafragma ou parede estaqueada

Verificar se as deflexões do muro estão dentro dos limites de projeto

Verificar movimentos de terra que podem afetar construções vizinhas

Verificar se as estroncas ou ancoragens estão se comportando como projetado

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

LATERAL

Desprendimento de rochas

Monitorar a magnitude e a taxa de movimentação em massas rochosas

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

LATERAL

Prova de carga em estacas

Monitorar a deformação lateral de estacas carregadas

Alertar para rupturas

INCLINÔMETROS

INCLINÔMETROS

EXTENSÔMETROS DE HASTES MÚLTIPLAS

APLICAÇÕES DA INSTRUMENTAÇÃO

Deformação vertical Razões para monitoramento Instrumento utilizado

• Verificar o adensamento dos solos

• Predizer e ajustar a cota final de

aterros

• Verificar o comportamento de

fundações

• Determinar a necessidade e prazo

para medidas corretivas

• Células de recalque

• Extensômetros

• Inclinômetro horizontal

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

VERTICAL

Aterros

Monitorar o progresso do

adensamento

Monitorar o comportamento da

fundação do solo

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

VERTICAL

Excavações

Monitorar o levantamento de fundo

Monitorar o recalque devido ao rebaixamento

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

VERTICAL

Fundações

Monitorar o comportamento de fundações sob estruturas como tanques

de estocagem que podem causar um excesso de tensão no solo e leva-lo

à ruptura

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO

VERTICAL

Rodovias e ferrovias

Monitorar o recalque de ferrovias e rodovias quando túneis ou trincheiras

são construídos

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO VERTICAL

Estruturas

Monitorar o recalque que pode danificar as construções. Recalques

diferenciais podem ser causados por escavações próximas ou sistemas de

rebaixamento.

MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO VERTICAL

Prova de carga

Monitorar compressão da estaca

Monitorar o recalque abaixo da estaca

MARCOS DE REFERÊNCIA

Instalados fora da área de influência da obra

São um referencial para diversos tipos de leitura de

deformações

Considerados imutáveis ao longo do tempo

Instalados em grandes profundidades (até 30 m) ou em

rocha sã

Inserido tubo de aço galvanizado dentro de um tubo de

PVC

Fixado ao terreno

Na parte superior é instalado um cabeçote para apoio da

mira

Geralmente protegido por uma caixa

MARCOS DE REFERÊNCIA

MARCOS TOPOGRÁFICOS

Instalados na obra para medição de deslocamentos

verticais e horizontais

Construídos com vergalhões de aço CA-50 com 1 1/2’’

de diâmetro e 1,1 m de comprimento chumbados com um bloco de concreto

Na parte superior é instalada um semiesfera de 15 mm

de diâmetro

MARCOS TOPOGRÁFICOS

MARCOS TOPOGRÁFICOS

MEDIDOR DE RECALQUE DE HASTES

TIPO KM

Estudado por Komesu e Matuoka, técnicos da

Companhia Energética de São Paulo

Sistema de hastes conjugadas acopladas à

placas metálicas

Movimentação livre das hastes dentro do tubo

referência

Tubo de aço galvanizado referência: 25 mm de

diâmetro

Hastes: 10 mm de diâmetro

Utilização de até 12 hastes

MEDIDOR DE RECALQUE DE HASTES

TIPO KM

•À medida que o aterro é executado, são

instaladas chapas de aço solidarizadas a hastes,

conectada em segmentos contínuos, com o

avanço da construção do aterro.

•Cada uma dessas hastes é mantida na vertical,

em torno do tubo de referência, através da

utilização de discos perfurados que funcionam

como espaçadores.

•As medidas são efetuadas através de um

paquímetro adaptado, corpo se encaixa

adequadamente no tubo de referência, e cujo

bico móvel é apoiado na extremidade superior de

cada haste.

MEDIDOR DE RECALQUE TELESCÓPICO

IPT Desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo

Tubo de aço galvanizado chumbado na superfície inferior

Colocação de placas de recalque

Adicionados tubos de maior diâmetro à cada placa

Deslocamento vertical independente

Instaladas 3 a 4 placas

MEDIDOR DE RECALQUE TELESCÓPICO

IPT

•Puncionamento na extremidade superior de cada

tubo;

•Leitura de cada placa, numa determinada data, é

obtida ajustando um compasso metálico com pontas

secas nas punções do tubo de referência (diâmetro

25mm) e do tubo correspondente à placa em

questão, e medindo a distância entre as pontas do

referido compasso numa escala milimetrada;

•O recalque de cada uma das placas é obtido

através variação de leitura de cada placa.

MEDIDOR MAGNÉTICO DE RECALQUE

Instalação com a construção do aterro

Instrumento constituído por:

Tubo guia de leitura

Anel de referência

Placas de recalque

Placas com disco imantado no orifício central

Leitura com trena graduada e torpedo de leitura

MEDIDOR MAGNÉTICO DE RECALQUE

•As leituras são realizadas através de um sensor

que desce ao longo do tubo de PVC, suspenso

por uma trena metálica milimetrada.

•Ao atingir a posição do imã de uma placa

(anel magnético), o campo magnético aciona

um contato existente dentro do sensor, fazendo

soar o alarme em superfície.

EXTENSÔMETROS MAGNÉTICO

Método semelhante ao medidor magnético de recalque

Composto por tubo corrugado

Instalados anéis magnéticos tipo prato ou aranha

Extremidade apresenta um ponteira com datum

Utilização de sonda magnética para leitura

EXTENSÔMETROS MAGNÉTICO

•A leitura do extensômetro

magnético é efetuada

pela descida de uma

sonda através do tubo

guia, permitindo a

identificação da posição

dos anéis instalados

através da emissão de um

sinal sonoro quando está

na influência do campo

magnético de um deles.

EXTENSÔMETROS HASTES MÚLTIPLAS

Conjunto de hastes metálicas (8 mm)

Instaladas no interior do maciço

Diâmetro do furo varia em relação a quantidade de hastes utilizadas

Protegidas por tubo de PVC

Ancoradas com calda de cimento

Na superfície são fixadas a uma cabeça de leitura

Leitura com relógio micrométrico ou potenciômetros

EXTENSÔMETROS HASTES MÚLTIPLAS

•Faz-se uma medição inicial (logo após a instalação) de cada

haste para determinar a referência das leituras, sendo medidos os

deslocamentos a partir de uma placa fixada na saída das hastes

na cabine de leitura.