Instrumentação Geotécnica
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INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA Introdução 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 • Piezômetro de tubo enchimento • Verificar a estabilidade de taludes • Projeto e construção em subpressão • Monitoramento da efetividade de sistemas de drenagem fechado • Piezômetro de tubo aberto MONITORAMENTO DA POROPRESSÃO Aterros Monitorar o fluxo Monitorar o recalque MONITORAMENTO DA POROPRESSÃO Escorregamentos Calcular a resistência do solo Calcular a massa de solo MONITORAMENTO DA POROPRESSÃO Muros de contenção Monitorar a pressão de água para calcular a carga aplicada ao muro MONITORAMENTO DA POROPRESSÃO 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 POROPRESSÃO 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 • Inclinômetros aterros • Determinar a necessidade e prazo para medidas corretivas • Verificar o comportamento e segurança de obras de contenção e cortes/aterros • Extensômetros MONITORAMENTO DA DEFORMAÇÃO LATERAL Escorregamentos, cortes e aterros Monitorar 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 • Células de recalque • Predizer e ajustar a cota final de • Extensômetros aterros • Verificar o comportamento de fundações • Determinar a necessidade e prazo para medidas corretivas • 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.
