Curso de ensaios de caracterização geotécnica laboratorial

Apresentação e objetivos

O domínio do comportamento geomecânico dos maciços que constituem a superfície terrestre é uma das tarefas mais importantes e, simultaneamente, mais complexas no contexto das obras de engenharia civil. Por um lado, porque toda a construção interfere com a estabilidade natural do maciço tornando imperativo a antecipação da sua resposta às solicitações que serão aplicadas. Por outro lado, porque se trata de um confronto entre a atividade humana e a natureza, com a incerteza que esse confronto acarreta.

“O comportamento mais previsível da natureza é a sua potencial imprevisibilidade”.

A melhor forma de equilibrar esse confronto é mergulhar no interior do maciço, solicitando-o e medindo a sua resposta. Na verdade, o entendimento e interação com os maciços naturais depende grandemente da capacidade de medição das suas propriedades com precisão adequada e com níveis de perturbação produzidos com a instalação dos equipamentos tão reduzidos quanto possível. A identificação e caracterização numérica de maciços é assim uma tarefa de fundamental importância com impacto em todas as atividades geotécnicas subsequentes, desde a simulação, dimensionamento das soluções até à posterior execução. A sua ausência ou insuficiência reduz significativamente a eficiência das soluções escolhidas para cada problema, com impacto significativo ao nível dos sobrecustos que ocorrem quando a solução peca por defeito (sub-dimensionamento) ou por excesso (sobredimensionamento).

Todo o processo que visa a caracterização deve ser estabelecido com base nas necessidades especificas de cada problema em particular e deverá perseguir os seguintes objectivos:

1. Identificação da natureza e estratigrafia dos terrenos envolvidos (geologia)
2. Localização, armazenamento e percolação da água através dos terrenos (hidrogeologia);
3. Propriedades físicas e mecânicas dos terrenos envolvidos (geotecnia);

Globalmente, o processo assenta na identificação dos materiais sua localização e interacção entre diferentes unidades envolvidas e com a água, seguida da caracterização numérica que traduz os comportamentos hidrogeológicos (permeabilidade) e mecânicos (resistência, deformabilidade) individuais e globais.

A fase de identificação é realizada maioritariamente através de sondagens in-situ (ou alternativamente através de poços, trincheiras, valas e galerias) complementadas por ensaios de identificação laboratorial.

A fase de caracterização baseia-se na realização de ensaios que testam as propriedades características dos materiais, e pode ser realizada in-situ ou em ambiente laboratorial. No caso dos ensaios in-situ, as propriedades são determinadas no ambiente de origem, enquadrando as suas heterogeneidades e influências locais, enquanto os ensaios laboratoriais são realizados sobre amostras previamente extraídas do maciço através de um complexo processo de recolha. Cada uma destas abordagens tem diferentes vantagens e limitações associadas, pelo que a utilização em complementaridade se traduz normalmente numa caracterização mais eficiente.

O presente curso destina-se a apresentar o principal conjunto de ferramentas laboratoriais para caracterização mecânica de materiais rochosos e terrosos evidenciando os equipamentos, os modos de solicitação e os modelos de interpretação para obtenção dos diferentes parâmetros que traduzem a permeabilidade, o estado de tensão, a história de tensões, a resistência e a deformabilidade dos maciços.

O curso inclui a disponibilização de documentação detalhada sobre a execução e interpretação dos ensaios laboratoriais relacionados com a caracterização mecânica de solos, materiais de aterro e rochas incluindo várias imagens, esquemas, modelos interpretativos, exercícios práticos, aulas em direto por videoconferência e vídeos tutoriais.

O curso é apresentado com as tecnologias de ensino à distância, mas como se tratasse de aulas com presença física, utilizando-se conteúdos multimédia interativos de alta qualidade dentro da plataforma virtual Moodle. Assim realizam-se classes em direto e também videoconferências, que poderão ser visualizadas em diferido no caso de o formando não poder estar presente em direto.

Módulo 1: Parâmetros Geotécnicos de maciços terrosos e rochosos. Definições e significados

Generalidades sobre o comportamento mecânico de solos sedimentares, solos residuais, aterros e maciços rochosos. Definição e significado dos parâmetros geotécnicos relacionados com:

• Estado de tensão: Pesos volúmicos, coeficiente de impulso em repouso
• História de tensões: Grau de sobreconsolidação, tensão de pré-consolidação
• Resistência: coesão não drenada, coesão efectiva, angulo de resistência ao corte
• Deformabilidade: módulo de deformabilidade, módulo de deformabilidade confinado, módulo distorsional, índice de recompressão, índice de compressibilidade
• Fluxo: Coeficiente de permeabilidade, coeficiente de compressibilidade

Principais parâmetros associados a comportamentos de aterros, maciços sedimentares transportados, maciços de solos residuais, maciços transitórios e maciços rochosos.

Módulo 2: Sondagens geológico-geotécnicas

Apresentação das principais técnicas de perfuração geotécnica: Sondagens a trado, à percussão e à rotação com recuperação de testemunho.

Informação recolhida em sondagens em maciços terrosos acompanhadas de ensaios SPT: identificação geológica e classificação mecânica expedita baseada no ensaio SPT.

Informação recolhida em sondagens em maciços rochosos: identificação geológica, grau de alteração, grau de fraturação, Rock Quality Designation, Índices de recuperação.

Apresentação dos principais aspetos relacionados com a amostragem: Processos de amostragem, tipos de amostradores, perturbação introduzida nos terrenos e qualidade das amostras.

Exercício: Elaboração de zonamentos geológicos baseados em sondagens

Módulo 3: Ensaios de identificação e determinação de índices físicos

Apresentação de equipamentos, normalização, modo de execução, correção de resultados:

• Solos: Análises granulométricas por peneiração e sedimentação; limites de consistência; Determinação do teor em água natural; Determinação do teor em matéria orgânica; Determinação de Densidade das partículas sólidas; Determinação de pesos volúmicos; Determinação da porosidade, índice de vazios, grau de saturação.
• Rochas: Determinação de massas volúmicas, porosidade e absorção de água

Apresentação de classificações para fins de Engenharia em solos sedimentares (Classificação Unificada) e em solos residuais (Classificação de Wesley).

Exercício: Classificação de um solo sedimentar e um solo residual

Módulo 4: Ensaios de compactação em solos

Apresentação de equipamentos, normalização, modo de execução, correção de resultados de ensaios de compactação e capacidade portante de aterros. Os ensaios de compactação Proctor e Proctor modificado, CBR e gamadensimetro

Exercício: Controlo de compactação de um aterro.

Módulo 5: Ensaios de permeabilidade, consolidação e expansibilidade em solos

Apresentação de equipamentos, normalização, modo de execução, correção de resultados de:

• Ensaios de permeabilidade de carga constante e de carga variável.
• Ensaio de consolidação (hidrodinâmica e secundária)
• Ensaios de expansibilidade

Exercício: Avaliação dos parâmetros representativos através de curvas dos ensaios

Módulo 6: Ensaios de Corte em solos

Ensaios com consolidação isotrópica ou anisotrópica, drenados ou não drenados. e obtenção de parâmetros resistentes.

Apresentação de equipamentos, normalização, modo de execução, definição de envolventes de rotura, diagramas tensão-deformação e obtenção de parâmetros de resistência (coesão não drenada, coesão efectiva e ângulo de resistência ao corte e deformabilidade (módulos de deformabilidade e distorsional) através de:

• Ensaios de corte direto
• Ensaios triaxiais.

Exercício: Avaliação dos parâmetros representativos através de curvas dos ensaios

Módulo 7: Ensaios mecânicos em rochas

Apresentação de equipamentos, normalização, modo de execução, envolventes de rotura e obtenção de parâmetros em:

• Ensaios de resistência da matriz rochosa – ensaio de compressão simples, ensaio de compressão diametral, ensaio de carga pontual
• Ensaios expeditos para determinação do ângulo de atrito de descontinuidades – determinação da coesão efectiva e ângulos de resistência ao corte de pico e residual através da combinação do ensaio Tilt test com o ensaio com esclerómetro de Schmidt
• Ensaio de corte de descontinuidades – determinação da coesão efectiva e ângulos de resistência ao corte de pico e residual

Exercício: Determinação dos ângulos de resistência ao corte de pico e residual de uma descontinuidade.

Nuno Bravo de Faria Cruz

Licenciado em Engenharia Geológica pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (1987), Mestre em Mecânica dos Solos e Rochas pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (1995) e Doutor em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (2010).

A atividade profissional desenvolvida ao longo de mais de 30 anos abrange atividades de caracterização e projecto em engenharia geotécnica, bem como ensino profissional e universitário.

Trata-se de um curso online, através do Campus Virtual, onde é fornecido um ambiente dinâmico e flexível para que o aluno possa acompanhar o curso ao seu ritmo. Nesta plataforma virtual, os alunos poderão consultar todos os conteúdos do curso, incluindo:

– Vídeos
– Tutoriais
– Aulas por videoconferência
– Textos
– Exemplos práticos
– Exercícios de avaliação de conhecimentos
– Documentação complementar

Destaca-se a realização de videoconferências em direto, onde formadores e formandos podem interagir para partilha de conhecimentos e resolução de dúvidas. Estas videoconferências serão gravadas, para poderem ser descarregadas por qualquer formando a partir do dia seguinte à realização da mesma.

Além disso, o formando poderá utilizar o fórum da plataforma, podendo interagir com os formadores e com os outros formandos.

Também será estabelecido um sistema de tutoriais através de correio eletrónico dos formadores, podendo assim resolver possíveis dúvidas e que servirá de meio mais direto para que os formadores coloquem questões específicas de cada módulo ou tema.

O curso é dirigido a engenheiros civis, engenheiros geotécnicos, engenheiros geólogos, geólogos e operadores de laboratório (com experiencia) que procurem adquirir ou alargar de competências no âmbito:

• – Execução, interpretação e parametrização laboratorial em mecânica de solos transportados e residuais, mecânica das rochas e mecânica de aterros
• – Dimensionamento e controlo de soluções de engenharia geotécnica.

Como acreditação da aquisição de conhecimentos e da formação técnica e prática, os formandos que terminarem com sucesso os testes de avaliação do curso terão um certificado académico, emitido pelo Ingeoexpert. Esse certificado é digital e protegido pela tecnologia “Blockchain”, que permite que seja único e incorruptível, permitindo assim verificar-se a sua autenticidade.

O certificado pode ser descarregado pelos formandos ou recebido por correio eletrónico e compartilhado em redes sociais, bem como incorporado em qualquer website.

O domínio da caracterização laboratorial encontra-se frequentemente limitado a conhecimentos de âmbito geral integrado em disciplinas dos cursos de engenharia civil e/ou engenharia geológica. Cursos específicos e com profundidade nesta área da engenharia não são frequentes.

Neste contexto, o curso fornece competências para profissionais ligados a:

• – Laboratórios de geotecnia e materiais de construção, centrais ou de obra
• – Empresas ou instituições vocacionadas para o controlo de qualidade em obras geotécnicas
• – Projeto geotécnico de engenharia de fundações, escavações superficiais ou subterrâneas, obras de terra e barragens
• – Atividades comerciais em empresas de fornecimento de equipamentos e de materiais utilizados em soluções geotécnicas.