Método Sísmico de Refração: Aplicação em Engenharia Civil, Trabalhos de Engenharia Civil

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Geotecnia

MÉTODOS DE PROSPECÇÃO

GEOTÉCNICA – SÍSMICA DE REFRAÇÃO

Anny Borges

Ygor Sales

Rio de Janeiro

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 01 – Velocidades das ondas P (Compressionais) e S (Cisalhantes) para alguns tipos de materiais em (m/s)___________________________________________________________ Figura 02 – Aparelho geofone_________________________________________________ Figura 03 – Ensaio Sísmica de Refração_________________________________________ Figura 04 – Linha sísmica com a configuração do arranjo utilizado para o levantamento de sísmica de refração__________________________________________________________ Figura 05 – Gráfico tempo x distância, interpretado para os pontos de tiro referentes ao trecho 1 da linha sísmica com marcações das primeiras chegadas___________________________ Figura 06 – Modelo interpretado de velocidades de propagação da onda sísmica para o trecho 1________________________________________________________________________ Figura 07 - Modelo interpretado de velocidades de propagação da onda sísmica para o trecho 2________________________________________________________________________ Figura 08 – Modelo geotécnico elaborado para o Distrito Federal (MARTINS, 2000) _____ Tabela 01 – Intervalos de velocidades, espessuras e profundidades, para os trechos 1 e 2___

SUMÁRIOS

• 1. INTRODUÇÃO__________________________________________________________
• 2. INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA DO SUBSOLO_____________________________
  • 2.1 OBJETIVOS__________________________________________________________
  • 2.2 FASES DA PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA_________________________________
• 3. MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA______________________________
  • 3.1. MÉTODOS MANUAIS_________________________________________________
  • 3.2. MÉTODOS MECÂNICOS______________________________________________
  • 3.3. MÉTODOS SÍSMICOS_________________________________________________
    • 3.3.2. MÉTODO DE SÍSIMICA REFRAÇÃO______________________________
      • 3.3.2.1. VANTAGENS E DESVANTAGENS__________________________ - 3.3.2.1.1. VANTAGENS ___________________________________ - 3.3.2.1.2. DESVANTAGENS________________________________
        • 3.3.2.2. ESTUDO REALIZADO___________________________________
• 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS______________________________________________
  • REFERÊNCIAS _________________________________________________________

2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA DO SUBSOLO

São diversos os métodos de reconhecimento do solo e eles são aplicados de acordo com o tipo de obra – tamanho, custo, importância, finalidade, etc.

Os métodos de prospecção do subsolo classificam-se em: a. Métodos diretos: Consistem em qualquer conjunto de operações destinadas a observar diretamente o solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração. Exemplos: Poços; Trincheiras; Trados manuais; Sondagens à percussão; Sondagens rotativas; Sondagens mistas; etc.

b. Métodos indiretos: São aqueles em que a determinação das propriedades das camadas do subsolo são extraídas indiretamente pela medida, seja da sua resistividade elétrica ou da velocidade de propagação de ondas elásticas. Os índices medidos mantêm correlações com a natureza geológica dos diversos horizontes, podendo-se ainda conhecer as suas respectivas profundidades e espessuras. Incluem-se nessa categoria os métodos geofísicos. Exemplos: Sísmica de refração; Eletrorresistividade.

c. Métodos semidiretos: São os processos que fornecem informações sobre as características do terreno, contudo, sem possibilitarem a coleta de amostras ou informações sobre a natureza do solo, a não ser por correlações indiretas. Exemplos: “Vane-test”; Ensaio de penetração de cone; Ensaio pressiométricos.

d. Técnicas “Combinadas”: “Difícil” classificação. Ex: Cone-presiométrico; Cone Sísmico.

2.1 Objetivos Os principais objetivos de um programa de prospecção do subsolo são:

• Determinação da profundidade e espessura de cada camada do solo possibilitando a construção de perfis longitudinais do subsolo;
• Determinação da natureza do solo: compacidade dos solos grossos e consistência dos solos finos;

• Profundidade do topo rochoso e suas características, tais como: litologia, mergulho e direção das camadas, espaçamento das juntas, presença de falhas e a ação do intemperismo ou estado de decomposição;
• Localização do nível d'água (NA);
• Obtenção de amostras (deformadas e/ou indeformadas) de solo e rocha para determinação das propriedades de engenharia;
• Determinação das propriedades "in situ" do solo por meio de ensaios de campo.
• Verificar o perfil geológico da região, a densidade e umidade do solo local;

2.2 Fases da Prospecção Geotécnica

• Levantamento do perfil geológico do subsolo;
• (^) Coleta de amostras para ensaios e estudo dos solos que constituem o perfil do terreno. Podem ser: Amostra Deformada: Extraída por raspagem ou escavação, implicando na destruição da estrutura e na alteração das condições de compacidade ou consistência naturais. Amostra Indeformada: Extraída com o mínimo de perturbação, procurando manter a estrutura e condições de umidade e compacidade ou consistência naturais;
• Realização do desenho do perfil geológico levantado.

3 MÉTODOS DE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA

3.1 Métodos Manuais

• Escavação de poços;
• Trado Manual;
• Escavação de trincheiras. 3.2 Métodos Mecânicos:
• Sondagem à percussão;
• Sondagem rotativa;

velocidades de propagação das ondas sísmicas, permitindo assim avaliar a qualidade dos maciços. A geração de ondas sísmicas pode ser produzida pela detonação de explosivos, queda de uma massa, martelo sísmico, por um vibrador eletrodinâmico, entre outros. Inicialmente, era aplicado somente à prospecção da exploração de petróleo; posteriormente, passou a ser utilizado no reconhecimento dos maciços de terra e rocha, onde o conhecimento da velocidade de propagação das ondas sísmicas permite construir a seção da área pesquisada e estimar sua profundidade, podendo ser estimado o custo da escavação e melhor planejar a seleção de equipamentos.

3.3.2 Método de Sísmica Refração A metodologia de execução para o método de refração sísmica consiste no princípio de se gerar uma frente de ondas sísmicas, que atravessem as camadas de diferentes rochas com velocidades proporcionais ao grau de compacidade, por uma fonte de energia (marreta, explosivo, queda de peso) e registrar este sinal através de diversos sensores (geofones) os quais são cravados no terreno ao longo de uma linha.

Figura 02 – Aparelho Geofone

As ondas compressionais (ondas P) viajam nas rochas analogamente à propagação de ondas sonoras no ar. A velocidade com que a onda P se propaga no meio depende das propriedades físicas (p.e rigidez, grau de saturação, densidade) e do grau de homogeneidade e de fraturamento das rochas.

Desta forma, o método de refração sísmica mede o tempo que uma onda compressional (onda P) ou cisalhante (onda S), gerada por uma fonte sísmica, leva para viajar através das camadas

da Terra e retornar aos sensores (geofones) instalados ao longo de uma linha na superfície do terreno.

Essa sondagem é um método que exige técnicos especializados, equipamentos sofisticados e onerosos, recomendado somente para serviços em rochas, em obras com grande aporte de capital.

Figura 03 – Ensaio Sísmica de Refração

3.3.2.1. Vantagens e Desvantagens •.1.. Vantagens Algumas vantagens do método sísmico de refração são:

• Geralmente utiliza poucas fontes e receptores, tornando-se mais barato.
• Como são menos dados possui um custo computacional relativamente menor.
• A interpretação dos dados é relativamente mais simples.

3.3.2.1.2 Desvantagens Como desvantagens possuem:

• Necessita de offsets relativamente grandes
• Só́ funciona se a velocidade da onda nas camadas aumentar com a profundidade
• É aplicável somente para alvos rasos

1. Estudo Realizado

Foi realizado um estudo em um trecho da expansão do metrô na Asa norte de Brasília, que estava em construção, utilizando o Método de Refração Sísmica. O estudo em questão tinha

Figura 05 - Gráfico tempo x distância, interpretado para os pontos de tiro referentes ao trecho 1 da linha sísmica com marcações das primeiras chegadas.

Figura 06 - Modelo interpretado de velocidades de propagação da onda sísmica para o trecho

Figura 07 - Modelo interpretado de velocidades de propagação da onda sísmica para o trecho

Desta forma, foi possível relacionar o perfil já estudado do Distrito Federal com os dados obtidos.

Pretendeu-se com este trabalho apresentar os métodos de prospecção geotécnica, focando no estudo do método sísmico de refração. Obteve-se um trabalho previamente realizado sobre a sísmica de refração, o qual levou-se a concluir que o estudo do solo com esse método se dá de forma superficial, conseguindo-se determinar apenas a espessura e a profundidade do solo, mas não o tipo de solo que a região apresenta, sendo necessário para isso, comparar os resultados obtidos com os de outros métodos geofísicos ou com amostras de sondagens locais.

REFERÊNCIAS

Estudos Pré-Construtivos – Prospecção Geotécnica. UFBA – Escola Politécnica. Disponível em: <http://files.labtopope.webnode.com/200000252-c2f2ec3eea/ Estudos%20Preliminares_Prospec%C3%A7%C3%A3o%20Geot%C3%A9cnica_UFBA.pdf>. Acesso em 03/09/2018.

Métodos de Reconhecimento do Solo. Blog Geotécnica e Fundações. Disponível em: http://geotecniaefundacoes.blogspot.com/2007/07/quais-so-os-principais-mtodos-de.html. Acesso em 03/09/2018.

Sísmica de Refração. Alta Resolução – Geofísica e Geologia. Disponível em: <http:// altaresolucao.com.br/refracao.php>. Acesso em: 03/09/2018.

Araújo de Azevedo, Paulo e Peres Rocha, Marcelo. Estudo do método geofísico de sísmica de refração com aplicação no futuro trecho norte do metrô de Brasília. Disponível em: < http://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2010/TCCPAULOARAUJO.pdf>Acesso em: 17/09/2018.