ENSAIOS DE CAMPO e suas aplicações à Engenharia de Fundações · Ensaios de Campo Introdução...

P R O F . E D G A R O D E B R E C H T

U D E S C – J O I N V I L L E

G E O F O R M A E N G E N H A R I A L T D A

ENSAIOS DE CAMPO e suas aplicações à Engenharia de

Fundações

Ensaios de Campo

Introdução

Tipos de investigação geotécnica

Aplicação para Fundações

Determinação de Parâmetros

Exemplo - Fundações de aterro sobre solos moles

Exemplo - Fundações diretas – sapatas

Exemplo - Fundações profundas – efeito Thebotarioff

Referências Bibliográficas

Ensaios de Campo

Um projeto de fundações passa por:

Previsão ou obtenção das cargas;

Adoção de um perfil ou modelo do subsolo;

Interpretação destes elementos a luz do conhecimento já estabelecido;

Deve-se observar nesta etapa:

Que o solo, sendo produto da natureza, apresenta grande variabilidade em ocorrência e nas propriedades;

(Milititsky et al 2005 – Patologia das Fundações).

Ensaios de Campo

Investigação Geotécnica

Sondagem

Ensaios de Campo

Investigação geotécnica

Tipo do solo

X

Tipo de obra

Modelo de Interpretação

Definição dos Parâmetros Geotécnicos

Projeto

X

Obra

Monitoramento

Escolha do tipo de equipamento

Análise dos resultados;Definição de um perfil

geotécnico; NaEscolha de um método de interpretação dos ensaios:

Analítico, empírico ou numérico.

Reavaliação da investigação

Avaliação de desempenho;

Areia, Silte ou ArgilaGeologia – Formação e

História de tensões (OCR) Drenado ou Não drenado

Ensaios de Campo

ENSAIOS DE CAMPO

Qual a estratigrafia? Qual a resistência do solo?

(ângulo de atrito e coesão) Qual a posição do Na? Quanto vai deformar? (módulo

de Elasticidade) Quanto tempo demora para

estabilizar? Qual a permeabilidade do solo? Qual a capacidade de carga de

uma estaca? (dimensionamento)

Água

Argila

Silte

Silte Arenoso

Resistência

Pr

ofu

nd

ida

de

ENSAIOS DE CAMPO

ENSAIOS DE CAMPO

Po (kN/m2)P1 (kN/m2)

Interpretação empírica

ENSAIOS DE CAMPO

NSPT

Número

Introdução do conceito de energia na interpretação do NSPT - (J) Teoria de Cap.Carga

ENSAIOS DE CAMPO

Martelo automático;

Haste AW;

Furo revestido ???

Energia ????

ENSAIOS DE CAMPO

qt (kN/m2) - fs (kN/m2) – u2 (kN/m2) – Go (kN/m2)𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒔𝒖 ∙ 𝑵𝒄 + 𝝈𝒗𝒐 ∙ 𝑵𝒒 Teoria de expansão de cavidade esférica - Modelos

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

1,26 1,27 1,28 1,29 1,3 1,31 1,32 1,33 1,34

Tempo (seg)

Vo

ltag

em (

mV

)

Geofone 1Geofone 2t1t2

= massa específica = /g

Vs = Velocidade cisalhante

t

𝐺𝑜 = 𝜌 ∙ 𝑉𝑠2

l𝑽𝒔 =ℓ

∆𝒕

ENSAIOS DE CAMPO

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Resistência Mobilizada, t/tmax or q/qmax

Ro

du

ção

do

Mó

du

lo, G

/Gm

ax o

r E

/Em

ax

NC S.L.B. Sand

OC S.L.B. Sand

Hamaoka Sand

Hamaoka Sand

Toyoura Sand e=0.67

Toyoura Sand e=0.83

Ham River Sand

Ticino Sand

Kentucky Clayey Sand

Kaolin

Kiyohoro Silty Sand

Pisa Caly

Fujinomori Clay

Pietrafitta Caly

Thanet Caly

London Caly

Vallericca Clay 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Resistência Mobilizada, t/tmax or q/qmax

Red

uçã

o d

o M

ód

ulo

, G

/Gm

ax o

r E

/Em

ax

g = 1

g = 0.6

g = 0.4

g = 0.3

g = 0.2

g

ooGG

t

t1Jardine et al. 2005

Fahey, 1998

g ≈ 0,3 ± 0,1 para solos bem comportados (não cimentados, não estruturados, não sensíveis)

Robertson & Cabal, 2009

𝑬𝒐 = 𝟐(𝟏 + 𝝂)∙ 𝑮𝒐

𝐸 = 𝐺𝑜

𝑬 = 𝟐 𝟏 + 𝝂 𝑮

𝑮 = 𝑮𝒐𝟎, 𝟒 𝝂 = 𝟎, 𝟑

𝑬 = 𝟐, 𝟔 ∙ 𝑮𝒐 ∙ 𝟎, 𝟒

ENSAIOS DE CAMPO

Teoria de expansão de cavidade cilíndrica – Modelos analíticos e numéricos

ENSAIOS DE CAMPO

su (kN/m2)

Solução analítica - Modelos matemáticos

ENSAIOS DE CAMPO

Fundações

Ruptura Segurança adequada ao colapso do solo de fundação (ruptura – estado limite último)

Recalque Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho (recalques – estado limite de utilização)

ENSAIOS DE CAMPO

Métodos Diretos Medidas do SPT, CPT, DMT, Vane são utilizados diretamente na

previsão do comportamento de fundações:

previsão de capacidade de carga (adm ou Qadm) e,

estimativa de recalques ().

Métodos Indiretos Medidas do SPT, CPT, DMT, Vane são utilizados para determinar

propriedades de comportamento dos solos:

ângulo de atrito (’),

resistência ao cisalhamento não drenada (su);

Permeabilidade (k, cv);

Módulo (E, M, ’vm)

ENSAIOS DE CAMPO

Métodos Diretos

São utilizados na previsão do comportamento de fundações e fundamentados em métodos estatísticos, de simples aplicação, mas devem ser validado através de experiência local.

Métodos Indiretos

São utilizados na previsão do comportamento de fundações e fundamentados métodos de equilíbrio limite e teoria da elasticidade e, portanto deve-se ter em mente as hipótese esimplificações de cada método.

ENSAIOS DE CAMPO

A conjugação de diferentes métodos e ensaios decampo & laboratório, usados de forma racional,conjugados com experiência prévia com o materialconstituem prática adequada e segura (Milititsky et al2005 – Patologia das Fundações).

Ilha de Investigação

ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação

Fundação de Aterro Rodoviário sobre Solos Moles

Investigação

Estratigrafia

Parâmetros de resistência análise de estabilidade (ruptura)

Parâmetros de deformação análise de recalques

Ensaios CPTU; DMT; Vane; Adensamento


Classificação Ic

Argila Orgânica

Ic>3,22

Argila 2,82<Ic<3,22

Misturas de siltes

2,54<Ic<2,82

Misturas de areia

1,90<Ic<2,52

Areia 1,25<Ic<1,90

Areia com pedregulho

Ic<1,25

Estratigrafia

Perfil – Tubarão - SC


Estratigrafia

Perfil – Tubarão - SC


𝑠𝑈 −𝐶𝑃𝑇𝑈 =𝑞𝑡 − 𝜎𝑣𝑜𝑁𝑘𝑡

𝑠𝑈−𝐷𝑀𝑇 = 0,22 ∙ 𝜎′𝑣𝑜 0,5 ∙ 𝑘𝐷1,25

Análise de estabilidade Ruptura


𝑂𝐶𝑅𝐶𝑃𝑇𝑈 = 𝛼𝑞𝑡 − 𝜎𝑣𝑜𝜎′𝑣𝑜

𝑂𝐶𝑅𝐷𝑀𝑇 = 𝛽 ∙ 𝑘𝐷1,17

𝑂𝐶𝑅𝑉𝑎𝑛𝑒 = 𝛾𝑆𝑈𝜎′𝑣𝑜

= 0,22 (Schnaid &

Odebrecht 2012)

= 0,22 (Lunne, Lacasse &

Rad, 1989)

= 3,8 (Mayne & Mitchell

1988)

Estimativa de deformação Recalques


uequi.

u2 max.

t50 =800s

𝑐ℎ =𝑇∗ ∙ 𝑟2 ∙ 𝐼𝑟𝑡50%

𝑐ℎ 𝑁𝐴 =𝑅𝑅

𝐶𝑅𝑐ℎ(𝑝𝑖𝑒𝑧𝑜𝑐𝑜𝑛𝑒)

𝑐𝑣 𝑁𝐴 =ℎ𝑣𝑘ℎ𝑐ℎ(𝑁𝐴)

Estimativa do tempo de adensamento


𝑘( 𝑐𝑚 𝑠) =1

251 ∙ 𝑡50(𝑠𝑒𝑐)

1,25

𝑐ℎ =𝑇∗∙𝑟2∙ 𝐼𝑟

𝑡50=0,254∙1,572 100

800

𝑐ℎ 𝑁𝐴 =1

5𝑐ℎ(𝑝𝑖𝑒𝑧𝑜𝑐𝑜𝑛𝑒)

𝑐𝑣 𝑁𝐴 =2

1𝑐ℎ(𝑁𝐴)


Fundação de Aterro Rodoviário sobre Solos Moles

Investigação

Estratigrafia – Bem definida com os ensaios

Parâmetros de resistência Perfil de su com a profundidade

Parâmetros de deformação OCR e ch

Geodreno

Geogrelha

Estabilidade do talude

Exemplo de aplicação – Fundação Direta

3MPa

NSPT=10

Perfil – São Francisco do Sul - SC

Exemplo de aplicação – Fundação DiretaEstimativa de parâmetros

𝜙′ = 17,0 + 11 ∙ log(𝑞𝑡1)

𝑞𝑡1 =𝑞𝑡𝜎𝑎𝑡𝑚

/𝜎𝑣𝑜′

𝜎𝑎𝑡𝑚

Kulhawy & Mayne (1990)

Exemplo de aplicação – Fundação DiretaEstimativa de parâmetros

33,1

(Brasil) 80,0

60,0

60

60

SPT

SPT

NN

Er

ErNN

𝑁(𝑆𝑃𝑇,1)𝑒𝑛 = 10

𝑁60 = 10 ∙ 1,33 = 13,3

Exemplo de aplicação – Fundação DiretaMétodo Indireto

)()1(5.1

)(cot)1(

)2/45(2

tgNN

gNN

tgeN

q

qc

tgq

SNBSqNScN qqccrup 2

1

Para: B =1,5m; t = 17 kPa; c = 0; Sq= 1,2 e S = 0,8

𝜎𝑟𝑢𝑝 =724 kPa adm = 241 kPa

Exemplo de aplicação – Fundação DiretaMétodo Direto

Tensão admissível CPT – Teixeira & Godoy (1996)

Tensão admissível CPT – Mayne (2009)

Tensão admissível SPT – Teixeira & Godoy (1996)

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝑞𝑐15=3𝑀𝑃𝑎

15= 0,2𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑞𝑐 − 𝜎𝑣𝑜 ∙ ℎ𝑠∙𝑠

𝐵= 3−, 034 ∙ 0,58 ∙

0,02

1,5= 0,172𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑎𝑑𝑚 = 0,02 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇 = 0,02 ∙ 10 = 0,2𝑀𝑃𝑎

Exemplo de aplicação – Fundação DiretaMétodo Indireto

𝜌 =1 − 𝜇2

𝐸′𝜎 ∙ 𝐵 ∙ 𝐼 =

1 − 0,332

100,20 ∙ 1,5 ∙ 0,95 = 0,025𝑚

Estimativa de recalques

∆𝜎𝑧= ∆𝑞 1 −1

1 + 𝑟 𝑧 2

3 2

𝜌 = ∆𝜎𝑣𝑀∆𝑧 = 0,013𝑚


Perfil – Garopaba - SC


-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 2 4 6 8 10

qc (MPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 50 100 150 200

fs (KPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 2 4 6 8 10 12

Rf (%)

Pro

fun

did

ade

(m)

-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

25 30 35 40 45

'(graus)

Pro

fun

did

ade

(m)

R&C (1983)

D&M (1975)

-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 10 20 30 40 50

Su (kPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

Perfil – Garopaba - SC

Fundação Profunda

Métodos Indiretos

Determinação de ’ ou su como apresentado;

Cálculo com base na teoria da Mecânica dos Solos;

Métodos Diretos

Método de Decourt & Quaresma (1978)

Método de Aoki & Veloso (1975)

Método da UFRGS (Lobo et al., 2009)

Energia = Trabalho = Fd

Força f(capacidade de carga)

ENSAIOS DE CAMPO

Permeabilidade

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

0.1 1 10 100 1000 10000

t50 (s)

Co

efic

ien

te d

e P

erm

eab

ilid

ade

- k(

cm/s

)

25,1

50 )(251

1)/(

segtscmkh

Areias

Areias siltosas e Siltes arenoso

Pedregulho e Areias

Silte

Argila

u2

Parez & Fauriel, 1988; Leroueil & Jamiolkowski, 1991

Exemplo de aplicação

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 1000 2000 3000 4000

qt (KPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1.00E-06 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03k(cm/s)

Pro

fun

did

ade

(m)

Estratigrafia

A importância da estratigrafia na definição do perfil Geotécnico e avaliação dos Parâmetros e premissas de projetos.

EstratigrafiaArgila Silte Areia

u0

Vane TestColeta de Amostra

Referências Bibliografias

http://groystems.ce.gatech.edu/faculty/mayne/

http://groystems.ce.gatech.edu/faculty/mayne/

www.civil.ubc.ca/people/faculty/j.howie

www. Greggdrilling.com


Lunne, Robertson e Powell (1997) Fernando Schnaid, 2008


Muito Obrigado

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