Mestrado em Engenharia de Estruturas
Fundações de Estruturas
Ensaios de campo
Jaime A. Santos (IST)
Ensaio de penetração dinâmica SPT
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, desprezamse 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
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
Ensaio de penetração dinâmica SPT
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 a
N=15 num equipamento de disparo automático do pilão.
Ensaio de penetração dinâmica SPT
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
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7):
Tipo de areia
Compacidade
relativa ID(%)
CN
Normalmente
40 a 60
2/(1+σ’v)
consolidadas
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 de
recobrimento de 100kPa tem-se σ’v=1 e CN=1
Não são recomendáveis valores de CN superiores a 2 (ou
preferivelmente 1,5)
Skempton ( 1986 ) : N 60 = I D2 ( a + b σ′v ) ( a ,b → material )
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Importância dos factores correctivos
Exemplo:
Terreno arenoso (NC) com γ=20kN/m3
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
EC7. Correlações com carácter informativo
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
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 penetrómetro
uma 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
Areia mal graduada (CU < 3) acima do NF
ID = 0,15 + 0,260 log N10 (DPL)
ID = 0,10 + 0,435 log N10 (DPH)
Areia mal graduada (CU < 3) abaixo do NF
ID = 0,21 + 0,230 log N10 (DPL)
ID = 0,23 + 0,380 log N10 (DPH)
Areia/Cascalho bem graduado (CU > 6) acima do NF
ID = –0,14 + 0,550 log N10 (DPH).
Tipo de solo
Granulometria
ID [%]
Ângulo de
resistência ao
corte efectivo
areia-cascalho,
areia,
areia fina
mal graduado
(CU<6)
15 - 35 (solta)
35 - 65
(medianamente
densa)
> 65 (densa)
30º
Cascalho,
areia-cascalho,
areia
bem graduado
(6 ≤CU≤15)
15 - 35 (solta)
35 - 65
(medianamente
densa)
> 65 (densa)
32,5º
35º
30º
34º
38º
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Consistência de argilas
Consistência
N (SPT)
qu (kPa)
Muito mole
<2
< 30
Mole
2a4
30 a 50
Média
4a8
50 a 100
Dura
8 a 15
100 a 200
Muito dura
15 a 30
200 a 400
Rija
> 30
> 400
qu – resistência à compressão simples
O 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 importantes
ferramentas 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
u
AN
Resistência de ponta corrigida: qt
AC
qt = qc+ (1-a)•u ; a = AN/AC
Parâmetros adimensionais:
Bq , Qt , Fr
Ensaios de penetração (CPT/CPTU)
Sistema de cravação
Componentes do equipamento
Cone Sísmico (SCPT/SCPTU)
Vantagens:
ƒrapidez de execução;
ƒcaracteriza a resistência de ponta e a
resistência lateral;
ƒcaracteriza a estratigrafia.
Cone Sísmico (SCPTU)
Cone Sísmico (SCPTU)
Cone Sísmico (SCPTU)
Ensaio de penetração CPT
Robertson & Campanella (1983)
(Rf=fs/qc)
Classificação do solo
Ensaio de penetração CPTU
Classificações com base no CPTU (Robertson, 1990)
1 – Solo fino sensível
6 – Areias - areias siltosas a areias limpas
2 – Solos orgânicos – turfas
7 – Areias a areias com cascalho
3 – Argilas - argilas a argilas siltosas
8 – Areias a areias argilosas muito compactas (cimentadas)
4 – Misturas siltosas - argilas siltosas a siltes argilosos
9 – Solos finos muito duros (fortemente sobreconsolidados)
5 – Misturas arenosas - siltes arenosos a areias siltosas
EC7. Correlações com carácter informativo
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 superficiais
Métodos 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 é
desejável determiná-los no local visando uma maior precisão na
obtenção de cu.
Correlação qc-NSPT
Nota: pa=100kPa
Ensaios de campo. Correlações
28
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.
29
Ensaio de corte rotativo
Caracterização de solos moles (N < 4, máx ≈7)
Pás do molinete
Sup. rotura
Secção A-A
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
Ensaio de corte rotativo
Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se:
M
Na superfície lateral
M1 = 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 τ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R3
τ
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
Ensaio de corte rotativo
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 à
resistência 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 e
argilas sobreconsolidadas.
33
Ensaio pressiométrico
1) tipo Menard (em pré-furo)
2) autoperfurador
EC7-part 3
Pressão limite:
pLM (pL)
Módulo Menard:
EM
Gaguelin et al. (1978)
Tipo de
solo
Argila
mole
Argila dura a
muito dura
Argila
rija
Areia solta
ou silte
compressível
Silte
compacto
Areia ou
cascalho
qc/pLM
1-2.5
2.5-3.5
3-4
1-1.5
3-4
3-5
5-12
Gonin et al. (1992)
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
Obs: Valores de pLM e EM em MPa
EC7. Correlações com carácter informativo
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)