SPT - Standard Penetration Test (FCTUC)

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SPT SPT Standard Penetration Test Standard Penetration Test Mestrado Mestrado Mecânica dos Solos e Engenharia Geot Mecânica dos Solos e Engenharia Geot é é cnica cnica Projecto Assistido por Ensaios I Projecto Assistido por Ensaios I Carlos Rodrigues
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SPT results and aplications. Master degree lecture in Coimbra University (Portugal).

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Mestrado

Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica Projecto Assistido por Ensaios I

SPT Standard Penetration Test

Carlos Rodrigues

O ENSAIO SPT A FERRAMENTA IN SITU DE INVESTIGAO GEOTCNICA: MAIS POPULAR MAIS ROTINEIRA MAIS ECONMICAExistem normas nacionais com caractersticas diferenciadas, as quais no entanto tm como base um padro internacional de referncia: IRTP International Reference Test Procedure

Pancadas repetidas do martelo de 63,5 kg de uma altura 76,2 cm Batente

Furo de sondagem trado de rotaoAmostrador meia-cana: ext = 50 mm int = 35 mm L = 760 mm

prEN ISO 22476-3:2002

15 cm

Amostra colhida em 3 avanos sucessivos

15 cm

15 cm

N = medida do n de pancadas para cravar o amostrador 300 mm. Caso se atinja N=50 o ensaio terminado. No caso de rochas brandas pode incrementar-se N=100.

A EXECUO DE ENSAIOS SPT: O ensaio SPT uma medida de resistncia dinmica conjugada com uma sondagem de simples reconhecimento

ENSAIOS COM SPT Standard Penetration TestAMOSTRADOR NORMALIZADOVlvula de esfera Orifcio de escape ( 13 mm) Pea de unio s varas 51 mm

DISPOSITIVO DE ENSAIO

152 mm

Pilo de disparo automtico de 63,5 kg (tipo Monkey) Batente Ligao s varas de 32 mm

Seco central bipartida

457 mm

Vara normalizada

Amostrador em meia-cana Boquilha 19 mm 75 mm 1.6 mm 35 mm Boquilha cortante Cone de 60 aplicvel em seixos

Vantagens Equipamento e procedimentos simples Obtm-se amostra (perturbada) Existncia de uma vasta experincia e correlaes

Desvantagens Dependncia do operador, da tcnica de furao, tipo de equipamento, etc Equipamento e procedimentos no normalizados internacionalmente Problemas diversos em operao abaixo do NFFACTORES QUE INFLUENCIAM NSPT Tipos de solos sujeitos ao ensaio (e0, , unif., u, ang., Cim., Idade, v) Perturbao criada pelas operaes de furao Tipos de procedimentos e equipamentos de ensaio

Preparao do furo de sondagemA base do furo deve ser limpa e essencialmente no perturbada; No devem ocorrer gradientes ascendentes na presso da gua; Quando so utilizados bits de furao estes devem ter descarga lateral; O revestimento dos furos no deve ultrapassar o ponto do incio do ensaio; Os ensaios feitos abaixo do NF devem ter cuidados adicionais: No deve entrar gua pelo fundo do furo (piping); - NA no furo acima do NF; - utilizao de lama bentontica;

Tipos de furaoFurao com trpano e limpadeira Furao a trado

FURAO COM TRADO OCO

Martelo do SPT

160 mm

Vara de sondagem =32 mm 560 mm =50.5 mm

prEN ISO 2247675 mm 35.2 mm

Mvara < 10 kg Defl < 1:1200 Verificao em cada 20 ensaios

820 mm Massa do amostrador 7,585 kg

Referncia IRTP (1988)

Tipo de vara AW BW Slida quadrada

Dimetro da vara (mm) 40.5 50.0 60.0 43.6 54.0 31.8 (1 in.) 38.1 (1 in.)

Mdulo da seco Ze (m3106) 4.28 8.59 12.95 5.10 8.34 5.33 9.22

Massa da vara (kg/m) 4.33 7.23 10.03 4.57 7.86 7.89 11.37

BS 1377

DIFERENAS DE PROCEDIMENTOS E EQUIPAMENTOSSistema manual (ex. ABNT 6484) Massa do martelo 65 kg Levantamento manual c/ corda de sisal Queda livre de 75 cm de altura Obrigatrio o coxim de madeira Varas tipo Schedule 80 com manga de ligao Amostrador tipo RaymondTerzaghi (50 mm 36 mm) Sistema automtico (ex. ASTM 1586) Massa do martelo 63,5 kg Levantamento automtico do martelo Queda livre de 76 2,5 cm de altura Contacto ao/ao martelo/batente Varas parede grossa c/ unio pino/caixa sem manga Amostrador bipartido c/ ponteira de =38 mm de corpo e bisel de 36 mm

De modo a ser possvel a comparao de resultados obtidos de NSPT, em diferentes pases ou regies, necessrio normalizar os resultados do ensaio: Controlo da energia de cravao; Correco para o nvel de tenses em que o ensaio realizado.

A energia nominal transferida ao amostrador diferente da energia potencial terica disponibilizada pela queda livre do martelo. Para um dado solo o valor NSPT inversamente proporcional energia aplicada ao amostrador .

N1 E2 = N 2 E1A norma internacional prope a correco da energia para 60 % da energia terica (E60), pelo que:

E N 60 = Nmedido transferido 0,60

Eteor = mgh

PERDAS / EFICINCIA Forma de levantar e soltar o martelo; Massa do batente; Comprimento e composio das varas; Energia de inrcia absorvida pelas varas, pelos acoplamentos e pelo batente; Energia dissipada pelo rudo e calor devido ao impacto do martelo no batente; Energia gasta na flexo das varas devido ao impacto (varejamento); Reduo da energia por h < que 762 mm; Perdas de energia devido ao atrito desenvolvido entre os vrios componentes do martelo, ou entre a corda de elevao, a roldana e o cabrestante. Uma vez atingida a composio das varas, a perda de energia at ao amostrador parece ser desprezvel.

Instrumentao do equipamento SPT1. 2. 3. 4. 5. 6. F dr Batente Vara instrumentada Vara sondagem Extensmetro Acelermetro Terreno Fora Dimetro da vara

Detalhe dos extensmetros Detalhe da clula de carga Detalhe dos acelermetros

Medio energticaValor da tenso incidente (1)r = a/A; a = rea da vara A = rea do martelo

Valor da tenso mxima (2) densidade do material c vel. de propagao da onda V0 vel. de impacto do martelo

Corte por traco

t = 2l /c

(3)

SCHMERTMANN & PALACIOS (1979) mostraram que quanto mais curto o martelo, maiores as tenses iniciais e mais suave a forma da onda de compresso que se propaga nas hastes.

Medio energticaA energia transferida ao topo das varas do SPT (Ei) dada por:F(t), v(t) - registos da fora e velocidade em funo do tempo

Ei = F(t ) v(t )dtt =0

t

Mtodo EFV

Inicialmente verificaram-se dificuldades na utilizao dos acelermetros, pelo que a avaliao da energia transferida s varas fez-se com recurso admisso de algumas hiptese simplificadoras: Verifica-se uma relao de proporcionalidade entre F e v (desde que no haja reflexo da onda)

=

Ev c

v=

c cF = E Ea

Mtodo F2 ou EF2

Mtodo E2F

c t 2 Ei = F (t )dt Ea t = 0

c t = 2l / c 2 Ei = F (t )dt Ea t = 0

Medio energticaClculo da fora F transmitida s varas: Clculo da energia t' E( t ' ) = F( t )V( t )dt E que passa nas 0 varas: Energia do martelo:

f (t) = Aa Ea m (t)m(t) = def. axial medida Aa = rea da seco da vara Ea = md. de elasticidade

E med

1 n = E n 1

Correces ao valor NSPTEfeito Tenso efectiva Relao de energia Varivel vo' Safety Hammer Donut Hammer Automatic Hammer 65 a 115 mm 150 mm 200 mm Amostrador normalizado sem linner 10 m a 30 m 6 a 10 m 4a6m 3a4m (D50) da areia em mm Tempo (t) em anos aps o depsito OCR Termo CN CE Valor (Pa/vo')0.5 mas < 2 0.6 a 0.85 0.3 a 0.6 0.85 a 1.0 1.00 1.05 1.15 1.0 1.1 a 1.3 1.0 0.95 0.85 0.75 60 + 25 log D50 1.2 + 0.05 log (t/100) OCR0.2

Dimetro do furo

CB

Mtodo de amostragem Comprimento do trem de varas

CS CR

Tamanho das partculas Idade Sobreconsolidao1

CP CA COCR

Obtain by energy measurement per ASTM D4633

Correces do valor SPT-NNmeasured = Raw SPT Resistance (ASTM D 1586). N60 = (ER/60) Nmeasured = Energy-Corrected N Value where ER = energy ratio (ASTM D 4633). Note: 30% < ER < 100% with average ER = 60% in the U.S. N60 CE CB CS CR Nmeas = Estimated corrected N (N1)60 = CN N60 = Energy-Corrected SPT Value normalized to an effective overburden stress of one atmosphere: (N1)60 = (N60)/(vo)0.5 with stress given in atm. (Note: 1 atm = 1 bar = 100 kPa).

Correces no ensaio SPTEfeito do estado de tenso in situSkempton (1986) reconhecendo que a resistncia penetrao aumenta com a profundidade, e portanto com v0, para uma dada densidade, e que aumenta em funo do quadrado da densidade relativa, para v0 constante, props a seguinte correlao.

' 2 N 60 = Dr a + b C v Skempton (1986) 100 a, b = factores dependentes do tipo de material 17 < a < 46, 17 < b < 28 c = factor dependente da histria das tenses 3 < OCR < 10, 1.4 < C < 2.4; se OCR = 1 C = 1

(N1 )60 = Er NSPT CN CNK60CN = correco da tenso efectiva de sobrecarga CNk = correco devida ao efeito da histria das tenses

Correco devida ao estado de tenso efectiva de sobrecarga, CN' 2 N 60 = Dr a + b C v 100 N CN = 1 = N vConsidere-se o solo NC

2 Dr ( a + b ) a/b +1 = ' v a / b + ' v / 100 0,6 1L 1.25 B fs = L + 0.25 B 2

2) Para uma espessura limitada da camada compressvel (Hs) abaixo da fundao: H H fl = s 2 s Z1 Z1 3) Para avaliar assentamentos para alm de trs anos aps o final da construo:

t ft = 1 + R 3 + R t log 3 R3 Carregamento esttico Carregamento varivel 0.3 0.7 Rt 0.2 0.8

Tenses admissveis em solos coesivosCorrelaes entre NSPT e a tenso admissvel de solos coesivos, Milititsky e Schnaid (1995).

Descrio (consistncia) Dura Muito rija Rija Mdia Mole Muito mole

NSPT > 30 15 30 8 15 4 8 2 4 < 2

Provvel tenso admissvel (kN/m2) B = 0.75 m 500 250 500 125 250 75 125 25 75 B = 1.5 m 450 200 450 100 200 50 100 < 50 a estudar B = 3.0 m 400 150 400 75 150 25 75 -

ENSAIO SPT COM MEDIO DO TORQUE SPT-T

Ranzini (1988) O procedimento do ensaio: 1) retirada do batente, aps a cravao do amostrador normalizado no ensaio SPT, 2) na colocao de um disco centralizador no furo de sondagem 3) acoplagem de um pino adaptador ao torqumetro s varas de sondagem 4) Aps a ligao do torqumetro s varas de sondagem procedese aplicao do torque, medindo o momento de toro mximo necessrio rotao do amostrador, bem como o valor residual do momento torsor.

Furo SPT e trem de varas

Colocao do disco centralizador

Colocao do pino adaptador

Acoplagem do torqumetro e aplicao do torque

O registo do momento torsor mximo, necessrio rotao do amostrador normalmente obtido, logo aps a aplicao da rotao ao conjunto e antes de se completar a primeira volta.

O registo do momento de toro residual, que permanece constante aps o rompimento do atrito lateral solo-amostrador, obtido durante a rotao ininterrupta do torqumetro, quando o torque permanecer constante.

normalmente recomendado que a leitura seja feita quando completada a segunda volta do ensaio, sem se interromper a rotao. A velocidade de rotao recomendada corresponde a cinco voltas por minuto.

Controlo da capacidade dos torqumetrosVariao de NSPT 0 10 11 30 30 50 Capacidade do torqumetro (N.m) Mxima 265 471 785 Mnima 59 98 167

Deve evitar-se a utilizao de torqumetros com registos superiores a 400 N.m pois momentos superiores a esse valor, danificam as roscas das varas. De modo a facilitar a medio do torque mximo aconselhvel a utilizao de torqumetros com ponteiro de arraste.

Vantagens do SPT-TRanzini (1994), a medida esttica no afectada pelos factores intervenientes no SPT, tais como: erros na contagem do nmero de pancadas, cadncia das pancadas, altura de queda do martelo, massa do martelo, peso e rigidez das varas, atritos vrios, Enquanto o valor de NSPT sujeito a variaes significativas dependentes do equipamento de ensaio utilizado, a medio do torque envolve uma menor variabilidade. Apenas os erros relativos ao estado da parede lateral do amostrador, velocidade de aplicao do torque e os erros de leitura, sistemticos e ocasionais, podem influenciar as leituras. As vantagens da medio adicional do torque ultrapassam os aspectos mais desvantajosos deste trabalho suplementar. A realizao da leitura relativa execuo do torque extremamente rpida (< 10 min.). Para alm de uma medio dinmica da resistncia (NSPT), possvel a obteno de uma medida esttica da resistncia relativa ao torque (TSPT).