Ensaios de campo

Jaime A. Santos (IST)

DFA em Engenharia de Estruturas

Fundações de Estruturas

O ensaio SPT (Standard Penetration Test) é realizado na base de um furo de sondagem e 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). O ensaio é 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).

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

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

Ensaio de penetração dinâmica SPT

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)

Ensaio de penetração dinâmica SPT

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

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

Os equipamentos com dispositivo de disparo automático do pilão apresentam uma eficiência da ordem dos 60%, enquanto que os equipamentos mais antigos em que é necessário elevar e largar o martelo através de um dispositivo de corda e roldana, as perdas de energia são bastante superiores e a eficiência reduz para valores da ordem dos 45%.

(Nota: 45% / 60% = 0.75 – Assim, por exemplo, um resultado de N=20 obtido num equipamento de corda e roldana é equivalente a um resultado de N=15 num equipamento de disparo automático do pilão.

Ensaio de penetração dinâmica SPT

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

1,0> 10

0,956 – 10

0,854 – 6

0,753 – 4

λComprimento total das varas (m)

Ensaio de penetração dinâmica SPT

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

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

1,7/(0,7+σ’v)Sobreconsolidadas

3/(2+σ’v)60 a 80

2/(1+σ’v)40 a 60Normalmenteconsolidadas

CNCompacidade relativa ID(%)

Tipo de areia

Ensaio de penetração dinâmica SPT

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

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

z=4m, obteve-se N60=10

z=20m, obteve-se N60=20

Aplicando os factores correctivos:

z=4m, (N1)60= 0,75 x 200/(100+4x20) x 10 = 8,3 !

z=20m , (N1)60= 1,0 x 200/(100+20x20) x 20 = 8,0 !

Ensaio de penetração dinâmica SPTImportância dos factores correctivos

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

Consistência de argilas

> 400> 30Rija

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

200 a 40015 a 30Muito dura

100 a 2008 a 15Dura50 a 1004 a 8Média

30 a 502 a 4Mole< 30< 2Muito mole

qu (kPa)N (SPT)Consistência

Ensaio de penetração dinâmica SPT

Ensaios com cone penetrómetro (CPT/CPTU)

Os ensaios CPT (cone penetration test) e CPTU (piezocone com medição da pressão intersticial) são considerados internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica.

O princípio do ensaio consiste na 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

The Seismic Cone Penetration Test combines the seismic downhole technique with the standard Cone Penetration test. A seismic receiver is added to the cone, then the similar procedure as the one followed with the seismic downhole test is used. The shear wave velocity calculation, therefore, is similar to that of the downhole.

The advantages of SCPT are: its speed, the fact that it provides static soil properties (such as point bearing and sleeve frictional resistance), as well as ground proofing and stratigraphy of the site.

Cone Sísmico (SCPT/SCPTU)

Ensaios de penetração (CPT/CPTU)

Componentes do equipamentoSistema de cravação

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

EC7. Correlações com carácter informativo

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 é desejável determiná-los no local visando uma maior precisão na obtenção de cu.

Ensaio de corte rotativo

Secção A-A

Sup. rotura

Pás do molinete

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

Ensaio de corte rotativo

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 condições cu = 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 base

M2 = 2 Iτ (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)

M

τ

Ensaio de corte rotativo

Factores correctivos

Pressão limite:pLM (pL)

Módulo Menard:EM

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

EC7-part 3

5-123-51-1.53-4

3-42.5-3.51-2.5qc/pLM

Areia ou cascalho

Siltecompacto

Areia soltaou silte

compressível

Argila rija

Argila dura a muito dura

Argila mole

Tipo de solo

Gaguelin et al. (1978)

0.71.91.62.32.92.6N60/EM

62318262132N60/pLM

GessoMargaArgila plástica

Argila mole

AreiaSilteTipo de solo

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)

EC7. Correlações com carácter informativo