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Ensaios de campo

Jaime A. Santos (IST)

Mestrado em Engenharia de Estruturas

Fundações de Estruturas

Ensaio SPT (Standard Penetration Test)- realizado na base de um furo de sondagem;

- consiste em cravar no terreno um amostrador com dimensões e energia de cravação normalizadas (pilão com 63,5 kg de massa e altura de queda de 760mm);

- realizado em três fases com penetrações de 15cm, respectivamente.

- devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de furação, desprezam-se os resultados obtidos na primeira fase;

- o número de pancadas necessárias para atingir a penetração de 30cm (segunda e terceira fase) define o valor de N (SPT).

Ensaio de penetração dinâmica SPT

Ensaio SPT (Standard Penetration Test)

-o ensaio é utilizado principalmente para a determinação das propriedades mecânicas dos solos arenosos.

- o ensaio é realizado geralmente de 1,5m a 1,5m (espaçamento entre 1 a 2m) ou quando se detectar alteração do tipo de formações atravessadas.

- ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é talvez o ensaio mais utilizado na prática para o reconhecimento das condições do terreno.


Correlações “desactualizadas” com base no valor de N

Factores correctivos:

(N1)60 = ERr/60 •λ• CN• N ...

ERr – eficiência

λ - factor de correcção do comprimento das varas

CN – factor de correcção da tensão efectiva de recobrimento(areias)


Factor correctivo relacionado com a energia de cravação (ERr/60):

- normalização: eficiência de 60% para o sistema de cravação (só 60% da energia potencial,produto da massa pela altura de queda do pilão, atinge o extremo inferior do equipamento).

- equipamentos com dispositivo de disparo automático do pilão: eficiência da ordem dos 60%;

- equipamentos com dispositivo de corda e roldana (mais antigos): eficiência reduz para valores da ordem dos 45%.

-Nota:45% / 60% = 0.75, logo:N=20 obtido num equipamento de corda e roldana é equivalente aN=15 num equipamento de disparo automático do pilão.


Factor correctivo relacionado com o comprimento das varas (EC7):

Comprimento total das varas (m) λ

3 – 4 0,75

4 – 6 0,85

6 – 10 0,95

> 10 1,0


Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7):

Tipo de areia Compacidade relativa ID(%)

CN

Normalmenteconsolidadas

40 a 60 2/(1+σ’v)

60 a 80 3/(2+σ’v)

Sobreconsolidadas 1,7/(0,7+σ’v)

Nota: σ’v em kPa x 10-2, assim para uma tensão efectiva derecobrimento de 100kPa tem-se σ’v=1 e CN=1Não são recomendáveis valores de CN superiores a 2 (ou preferivelmente 1,5)


)materialb,a()ba(IN:)(Skempton vD →σ′+= 2601986

Exemplo:Terreno arenoso (NC) com γ=20kN/m3

Ensaio de penetração dinâmica SPTImportância dos factores correctivos

z [m] N60 (N1)60

4 10 0,75 x 200/(100+4x20) x 10 = 8,3

20 20 1,0 x 200/(100+20x20) x 20 = 8,0

Anexo F da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo

semi-empíricos baseados no Standard Penetration Test SPT.

Exemplo:N..., granulometria → areias: compacidade relativa, φ'

Método de cálculo de assentamentos em fundações superficiais

EC7. Correlações com carácter informativo

Penetrómetro dinâmico(Dynamic probing tests - DP)

- consiste em cravar no terreno um cone por acção de da queda livre de uma massa;- a resistência à penetração é definida como o número de pancadas necessárias para cravar o penetrómetrouma dada distância (10 ou 20 cm) - N10 ou N20;- é efectuado um registo contínuo e não existe recolha de amostra;

Penetrómetro dinâmico(Dynamic probing tests - DP)

Existem diferentes versões do ensaio em função da massa utilizada:- Dynamic probing light - DPL (m=10kg)- Dynamic probing medium - DPM (m=30kg)- Dynamic probing heavy - DPH (m=50kg)- Dynamic probing super heavy - DPSH (m=63,5kg)

Penetrómetro dinâmico(Dynamic probing tests - DP) EC7. Correlações com carácter informativo

Tipo de solo Granulometria ID [%] Ângulo deresistência ao corte efectivo

areia-cascalho,areia,

areia fina

mal graduado(CU<6)

15 - 35 (solta)35 - 65

(medianamente densa)

> 65 (densa)

30º

32,5º

35ºCascalho,

areia-cascalho,areia

bem graduado(6 ≤CU≤15)

15 - 35 (solta)35 - 65

(medianamente densa)

> 65 (densa)

30º

34º

38º

Areia mal graduada (CU < 3) acima do NFID = 0,15 + 0,260 log N10 (DPL)ID = 0,10 + 0,435 log N10 (DPH)Areia mal graduada (CU < 3) abaixo do NFID = 0,21 + 0,230 log N10 (DPL)ID = 0,23 + 0,380 log N10 (DPH)Areia/Cascalho bem graduado (CU > 6) acima do NFID = –0,14 + 0,550 log N10 (DPH).

Consistência de argilas

Consistência N (SPT) qu (kPa)

Muito mole < 2 < 30Mole 2 a 4 30 a 50

Média 4 a 8 50 a 100Dura 8 a 15 100 a 200

Muito dura 15 a 30 200 a 400Rija > 30 > 400

qu – resistência à compressão simplesO factor de correcção CN não é aplicável para os solos argilosos


Ensaios com cone penetrómetro (CPT/CPTU)

Os ensaios:CPT (cone penetration test)CPTU (piezocone com medição da pressão intersticial)

- são considerados internacionalmente como uma das mais importantesferramentas de prospecção geotécnica;

Princípio do ensaio:- cravação no terreno de uma ponteira cónica (60º de ângulo de abertura) a uma velocidade constante de 20mm/s.- a secção transversal do cone apresenta uma área de 10cm2.

No ensaio CPT medem-se as resistência de ponta e lateral: qc e fs.

No ensaio CPTU mede-se ainda a pressão intersticial da água.Ensaios de dissipação do excesso de pressão intersticial gerado durante a cravação do piezocone no solo podem ser interpretados para a obtenção do coeficiente de consolidação na direcção horizontal Ch.

Ensaios de penetração (CPT/CPTU)

Ensaio CPT

Resistência de ponta: qc [FL-2]

Resistência lateral: fs [FL-2]

Razão de atrito: Rf=fs/qc

Ensaio CPTU

Resistência de ponta corrigida: qt

qt = qc+ (1-a)•u ; a = AN/AC

Parâmetros adimensionais:

Bq , Qt , Fr

AC

ANu

Ensaios de penetração (CPT/CPTU)

Componentes do equipamentoSistema de cravação

Cone Sísmico (SCPT/SCPTU)

Vantagens:

rapidez de execução;

caracteriza a resistência de ponta e aresistência lateral;

caracteriza a estratigrafia.

Cone Sísmico (SCPTU)

Ensaio de penetração CPT

Classificação do solo

Robertson & Campanella (1983)

(Rf=fs/qc)

Ensaio de penetração CPTU

Classificações com base no CPTU (Robertson, 1990)

1 – Solo fino sensível2 – Solos orgânicos – turfas3 – Argilas - argilas a argilas siltosas4 – Misturas siltosas - argilas siltosas a siltes argilosos5 – Misturas arenosas - siltes arenosos a areias siltosas

6 – Areias - areias siltosas a areias limpas7 – Areias a areias com cascalho8 – Areias a areias argilosas muito compactas (cimentadas)9 – Solos finos muito duros (fortemente sobreconsolidados)

Anexo C da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo semi-empíricos baseados no Cone Penetration Test CPT.

Exemplo:qc, fs, granulometria → areias: compacidade relativa, φ', Es

Métodos de cálculo para fundações superficiaisMétodos de cálculo para fundações por estacas


Correlação qc-cu

cu=(qc-σv0)/Nk (CPT)

cu=(qt-σv0)/Nkt (CPTU)

Os valores de Nk e Nkt variam, em geral, entre 10 e 20. Estes valores podem ser utilizados como valores de referência, mas édesejável determiná-los no local visando uma maior precisão na obtenção de cu.

Ensaios de campo. Correlações 28

Correlação qc-NSPT

Nota: pa=100kPa

29

Correlação qc-NSPT

Os ensaios SPT e CPT são provavelmente os ensaios mais utilizados em todo o mundo.É desejável, por isso, estabelecer correlações entre as medidas dos dois ensaios.Existem diversas propostas de correlações do tipo qc-NSPT expressas em função da diâmetro “médio” das partículas (D50).Infelizmente, os dados do ensaio SPT utilizados nestas correlações não foram corrigidos tendo em conta a energia de cravação, as perdas de energia nas varas, etc.., o que pode explicar em parte a dispersão dos resultados como se mostra na figura.

Ensaio de corte rotativo

Caracterização de solos moles (N < 4, máx ≈7)

Secção A-A

Sup. rotura

Pás do molinete


Hipóteses (EC7):

• comp. isotrópico - b=cuv/cuh=1

• dist. de tensões uniforme nas sup. horizontais dos topos – n=0,τx/τx=R = (x/R)n

• altura das pás é igual ao dobro da largura – H = 2D

• mostra-se que nestas condiçõescu = 0.86 M / π D3 = 0.273 M / D3

O ensaio permite determinar a resistência não drenada de pico e residual dos solos argilosos

Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se:

Na superfície lateralM1 = τ x Área lateral x braço = τ (π D H) D/2 = τ π D2 H/2

Nas superfícies do topo e da baseM2 = 2 τ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R3

Atendendo a que H = 2D e τ = cu

M = M1 + M2 = cu D3 7/6 π, ou seja,

cu = (6/7 M) / (π D3) = (0.86 M) / (π D3)


Factores correctivos

M

τ

33


Na avaliação da resistência não drenada de um solo argiloso há que ter em consideração diversos factores tais como:a tensão de consolidação, a trajectória de tensões, a anisotropia, a taxa de deformação, etc..

cu = μ cfv

Casos históricos de escorregamentos de taludes em terrenos argilosos proporcionaram dados importantes para estudos de retroanálise que permitiram estimar os valores do factor de correcção (μ) a aplicar àresistência não drenada obtida no ensaio de corte rotativo (cfv).

A parte 2 do EC7 apresenta, a título informativo, algumas propostas para o factor de correcção (μ) para argilas normalmente consolidadas eargilas sobreconsolidadas.

Pressão limite:pLM (pL)

Módulo Menard:EM

Ensaio pressiométrico 1) tipo Menard (em pré-furo)2) autoperfurador

EC7-part 3

Tipo de solo

Argila mole

Argila dura a muito dura

Argila rija

Areia soltaou silte

compressível

Siltecompacto

Areia ou cascalho

qc/pLM 1-2.5 2.5-3.5 3-4 1-1.53-4

3-5 5-12

Gaguelin et al. (1978)

Tipo de solo

Silte Areia Argila mole

Argila plástica

Marga Gesso

N60/pLM 32 21 26 18 23 6

N60/EM 2.6 2.9 2.3 1.6 1.9 0.7

Gonin et al. (1992)

Obs: Valores de pLM e EM em MPa

Anexos da parte 2 do EC7 (parâmetros derivados e métodos de cálculo semi-empíricos. Destacam-se os seguintes:• Anexo D – Cone Penetration Test (CPT)• Anexo E – Pressuremeter Test (PMT)• Anexo F – Standard Penetration Test (SPT)• Anexo G – Dynamic Probing Test (DP)• Anexo I – Field Vane Test (FVT)• Anexo K – Plate loading test (PLT)


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