Topo rochoso para fundação com uma linha de SEVs

Contexto e objetivo

O objetivo é estimar, antes da campanha de sondagens, a profundidade do topo rochoso e a espessura de solo e saprolito ao longo de um lote de cerca de 100 m, onde será construído um galpão industrial hipotético. Com rocha rasa, o projetista pode considerar fundação direta ou estacas curtas. Com rocha funda, estacas mais longas. Se o topo varia muito dentro do lote, cada bloco pode precisar de uma solução diferente.

O terreno é típico do embasamento cristalino do Sul e do Sudeste do Brasil, em gnaisses e granitos sob clima úmido. O intemperismo produz um perfil de alteração: solo residual por cima, saprolito (a rocha decomposta, argilo-siltosa, que ainda guarda a estrutura da rocha), rocha alterada e, por fim, a rocha sã. Esse perfil costuma ter espessura irregular: aprofunda-se onde a rocha é mais fraturada, por exemplo sob um vale ou uma zona de falha. A pergunta da obra é onde está essa transição, e se ela muda dentro do lote.

A eletrorresistividade serve porque há contraste: o saprolito úmido tem resistividade baixa, e a rocha sã, muito alta. A página eletrorresistividade em geotecnia discute as aplicações em obras e SEV em rocha cristalina, a forma das curvas nesse terreno.

Planejamento e campo

Foram 5 SEVs Wenner-Schlumberger ao longo do eixo maior do lote, a cada 20 m, com o preset de 21 scans do Rhoa (MN = 0,2, 0,5, 1,2 e 2 m, AB/2 até 43 m). Pela convenção do Rhoa (Z = 0,191 · AB), a maior abertura dá 16,4 m de profundidade estimada, o bastante para um topo rochoso de poucos metros a pouco mais de dez.

Os cabos de cada SEV foram abertos perpendiculares à linha, ao longo das curvas de nível. Assim, o arranjo fica numa faixa onde a profundidade da rocha varia menos, o que se aproxima da hipótese de camadas horizontais da SEV. Abrir os cabos ao longo da linha faria cada curva misturar pontos de rocha rasa e funda. Mesmo assim, os 86 m de cada arranjo cobrem uma faixa larga: é a primeira limitação a registrar.

Dados de campo

A SEV representativa é a SEV-03, no ponto mais baixo do terreno. Estas são as 21 leituras, com a resistividade aparente calculada por ρa = K · R:

As cinco curvas, sobrepostas no mesmo papel bilog, mostram a variação do topo rochoso antes de qualquer inversão:

Processamento e inversão

A correção de embreagem ajustou 3 superposições na SEV-03, com saltos de até 10,1 % na troca de MN:

Cada SEV foi invertida em 4 camadas, o mesmo número do modelo da síntese, com o motor de inversão 1D do Rhoa. Os RMS ficaram entre 1,61 e 2,54 %, coerentes com os 2 % de ruído. Como os dados são sintéticos, dá para fazer o que no campo é impossível: comparar o modelo invertido com o modelo verdadeiro.

O que a inversão recuperou, e o que não

• Solo e saprolito: bem recuperados nas SEVs de rocha rasa. Para o saprolito, uma camada condutora sob o solo, o que a SEV resolve é a condutância longitudinal S = h/ρ: espessura e resistividade podem trocar entre si sem mudar a curva. É o princípio da equivalência.
• Rocha alterada: em 4 das 5 SEVs (SEV-01, SEV-02, SEV-04 e SEV-05), a inversão reduziu essa camada à espessura mínima que o motor aceita (cerca de 0,2 m). Uma camada de resistividade intermediária entre o saprolito e a rocha sã quase não deixa marca na curva: é a supressão. O resultado é um salto direto do saprolito para um meio resistivo.
• Rocha sã: a resistividade do semiespaço varia muito entre as SEVs (de 2.238 a 6.387 Ω·m), contra 3.500–5.000 Ω·m na síntese. Com AB/2 até 43 m, o ramo ascendente não chega à assíntota, e o valor da última camada é pouco confiável. Leia-o como “muito mais resistivo que o saprolito”.
• SEV-03, na depressão: aqui a inversão usou as 4 camadas de outro jeito. Ela dividiu a passagem do solo para o saprolito em duas camadas e juntou rocha alterada e rocha sã num único semiespaço de 2.238 Ω·m. Nessa SEV, a comparação camada a camada não faz sentido: compare as profundidades.

RMS baixo não prova que o modelo está certo

Um teste revelador: calcular o RMS do próprio modelo da síntese contra os dados corrigidos. Ele ficou maior que o do modelo invertido em 5 das 5 SEVs:

A razão está no processamento. A correção de embreagem estima cada fator pelos pontos de superposição, e no preset há um só ponto por troca de MN, que carrega o ruído da medida. O erro desse fator, de alguns por cento, se acumula nos segmentos seguintes da curva. A inversão ajusta também esse erro, e o modelo que mais se aproxima dos dados não é o verdadeiro. No campo, onde não há modelo verdadeiro para comparar, a defesa é medir mais de um ponto de superposição em cada troca de MN e conferir o resultado com furos.

Resultado: o topo rochoso na linha

O topo do material resistivo, definido aqui como a primeira camada abaixo do solo com ρ ≥ 400 Ω·m, vai de 3,9 m na SEV-05 a 9,8 m na SEV-03. O limite de 400 Ω·m é a faixa que a convenção do Rhoa usa para separar saprolito de rocha alterada; não é um valor universal, e deve ser ajustado com os furos.

Em média, o topo resistivo invertido ficou a 0,4 m do topo da rocha alterada da síntese, e a 2,5 m do topo da rocha sã. A SEV enxerga o começo da subida de resistividade, não o horizonte que o projeto chama de rocha.

Interpretação para a fundação

• Há uma depressão do topo rochoso no meio do lote. Na SEV-03, o topo resistivo está a 9,8 m; nas demais (SEV-01, SEV-02, SEV-04 e SEV-05), entre 3,9 e 7 m. Um perfil de alteração que se aprofunda assim costuma acompanhar uma zona mais fraturada da rocha, sob o ponto baixo do terreno.
• Na depressão, a SEV subestima a profundidade. Na SEV-03, o topo resistivo saiu −1,2 m em relação à rocha alterada e −4,2 m em relação à rocha sã da síntese (14 m). A última camada ficou com 2.238 Ω·m, contra 3.500 Ω·m: a curva não tem pontos suficientes sobre a rocha. Na prática, quanto mais funda a rocha, mais a SEV precisa abrir.
• A leitura automática precisa de revisão. Pela convenção do Rhoa, que só olha a faixa de resistividade, o solo de superfície recebe a sugestão “Solo seco superficial (areia seca ou solo residual)”. Num terreno cristalino, a opção certa é o solo residual seco, e é o geólogo quem escolhe entre as duas. O “topo do embasamento” automático (primeira camada com ρ ≥ 900 Ω·m) vai de 3,9 a 9,8 m, também acima da rocha sã da síntese.
• O que isso indica ao projeto: nas pontas do lote, material resistivo a poucos metros, compatível com soluções de fundação mais curtas; no centro, solo e saprolito mais espessos e um topo mais incerto, onde estacas tendem a ser mais longas e onde a investigação direta deve se concentrar. A escolha da fundação é do projetista, com base nas sondagens.

Onde furar e onde uma linha 2D ajudaria

• Sondagem à percussão (SPT) com avanço em rocha por sondagem rotativa (mista) na SEV-03, para medir a espessura real de solo e saprolito no ponto mais crítico, e em uma SEV de ponta (SEV-05), para calibrar o significado do topo resistivo raso.
• Correlacionar cada furo com a SEV do mesmo ponto: em que profundidade o SPT chega ao impenetrável, onde começa a rocha alterada recuperada na rotativa e onde começa a rocha sã. A partir daí, ajustar o limite de resistividade usado para o “topo rochoso”.
• Uma linha de caminhamento elétrico 2D ao longo do eixo do lote, cruzando a depressão. Ela mostra a largura e a forma do vale rochoso entre a SEV-02 e a SEV-04, que as SEVs, a 20 m uma da outra, não resolvem. Também ajuda a reconhecer matacões e diques.

Limitações

• Modelo 1D: cada SEV supõe camadas horizontais sob o centro do arranjo. Com o topo variando 5,9 m em 40 m de linha, essa hipótese é só aproximada, sobretudo na depressão.
• Equivalência e supressão: a espessura do saprolito troca com a sua resistividade, e a rocha alterada pode nem aparecer. O topo resistivo tem incerteza de um metro ou mais, maior na depressão.
• Profundidade de investigação: com AB/2 até 43 m, a profundidade de investigação estimada pela convenção do Rhoa é de 16,4 m. É uma regra prática: na SEV-03, com a rocha sã a 14 m, os dados já não determinaram nem a profundidade nem a resistividade da rocha.
• Sem interpolação confiável entre SEVs: a 20 m de espaçamento, uma depressão estreita ou um dique pode passar entre dois pontos. O desenho da seção liga os pontos por retas só para ilustrar.
• Dados limpos: no caso sintético, o ruído é pequeno e não há interferências. Numa obra real, cercas, tubulações, redes elétricas e aterros pioram os dados, e a resistência de contato em solo seco limita a corrente.

O que o laudo diria

Um laudo geofísico para esta obra apresentaria os dados, os modelos e as ressalvas, e terminaria com algo como:

O guia como ler um laudo geofísico mostra o que conferir em cada parte do documento.

Como refazer no Rhoa

Este caso não está na biblioteca de demonstração, mas todos os passos usam funções do app. Para refazê-lo com os dados da tabela:

1. Abra a demonstração do Rhoa, crie um projeto e uma SEV. A caderneta de campo já traz o preset de 21 scans e calcula Z, K, as posições na trena e a ρa conforme você digita R, também offline.
2. Na inversão 1D, escolha 4 camadas e mantenha a correção de embreagem ligada. Depois, edite as camadas à mão, digitando o modelo da síntese, e compare o RMS dos dois modelos.
3. Gere o laudo de cada SEV e revise as sugestões litológicas automáticas, que são só a convenção do Rhoa.
4. Com coordenadas GPS em pelo menos duas SEVs invertidas, o cubo 3D interpola um bloco de resistividade do lote, como explica a página modelo 3D de resistividade. Ele interpola entre as SEVs, e não cria informação onde não houve medida.

Para planejar a abertura antes do campo, o planejador de SEV mostra a profundidade estimada de cada AB/2. Um caso com SEVs mais longas no mesmo tipo de terreno está em locação de poço no cristalino.

Referências

• ABNT. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT, 2019.
• ABNT. NBR 6484: Solo — Sondagem de simples reconhecimento com SPT — Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2020.
• ABNT. NBR 8036: Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Rio de Janeiro: ABNT, 1983.
• KOEFOED, O. Geosounding principles 1: Resistivity sounding measurements. Amsterdam: Elsevier, 1979.
• TELFORD, W. M.; GELDART, L. P.; SHERIFF, R. E. Applied geophysics. 2. ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.