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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.