ensaios de campo e suas aplicações à engenharia de fundações · 2005 –patologia das...
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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
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
(m
V)
Geofone 1
Geofone 2
t1
t2
= 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
çã
o d
o M
ód
ulo
, 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
ução
do
Mó
du
lo,
G/G
max o
r E
/Em
ax
g = 1
g = 0.6
g = 0.4
g = 0.3
g = 0.2
g
o
oGGt
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
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
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
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
Estratigrafia
Perfil – Tubarão - SC
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
𝑠𝑈 −𝐶𝑃𝑇𝑈 =𝑞𝑡 − 𝜎𝑣𝑜𝑁𝑘𝑡
𝑠𝑈−𝐷𝑀𝑇 = 0,22 ∙ 𝜎′𝑣𝑜 0,5 ∙ 𝑘𝐷1,25
Análise de estabilidade Ruptura
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
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
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
uequi.
u2 max.
t50 =800s
𝑐ℎ =𝑇∗ ∙ 𝑟2 ∙ 𝐼𝑟𝑡50%
𝑐ℎ 𝑁𝐴 =𝑅𝑅
𝐶𝑅𝑐ℎ(𝑝𝑖𝑒𝑧𝑜𝑐𝑜𝑛𝑒)
𝑐𝑣 𝑁𝐴 =ℎ𝑣𝑘ℎ𝑐ℎ(𝑁𝐴)
Estimativa do tempo de adensamento
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
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)
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
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
tg
q
SNBSqNScN qqccrup2
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
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
Perfil – Garopaba - SC
ENSAIOS DE CAMPO – Exemplo de aplicação
-22
-21
-20
-19
-18
-17
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-15
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-13
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-11
-10
-9
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-7
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-5
-4
-3
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10
qc (MPa)
Pro
fun
did
ad
e (
m)
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-3
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-1
0
0 50 100 150 200
fs (KPa)
Pro
fun
did
ad
e (
m)
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-3
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12
Rf (%)
Pro
fun
did
ad
e (
m)
-22
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-4
-3
-2
-1
0
25 30 35 40 45
'(graus)
Pro
fun
did
ad
e (
m)
R&C (1983)
D&M (1975)
-22
-21
-20
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-10
-9
-8
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-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 10 20 30 40 50
Su (kPa)
Pro
fun
did
ad
e (
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
efi
cie
nte
de P
erm
eab
ilid
ad
e -
k(c
m/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
ad
e (
m)
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
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-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1.00E-06 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03
k(cm/s)
Pro
fun
did
ad
e (
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
Referências Bibliografias
Lunne, Robertson e Powell (1997) Fernando Schnaid, 2008
Referências Bibliografias
Muito Obrigado