Investigação geotécnica
Técnicas atuais de ensaios de campo
Eng. Antônio Sérgio Damasco Penna
RESUMO
• Sondagem a percussão “SPT”
• Dilatômetro de Marchetti “DMT”
• Ensaio de penetração de cone estático com
medidas de pressões neutras “CPTU”
• Ensaio de palheta “Vane – Test” “VST”
• Pressiômetro de Ménard “PMT”
• Parâmetros geotécnicos
• Interação solo x estrutura
Publicado em 2009
SPT
CPTu
DMT
VST
PMT
1)Atlanta–USA
1998
2)Porto-Portugal
2004
3)Taipei – Taiwan
2008
4)Recife – Brasil
2012
Ensaios de campo X Ensaios de laboratório
• LABORATÓRIO : poucas amostras, pouca
representatividade do todo, mas são mais
precisos;
• CAMPO : são menos precisos, mas
amostragem é quase integral, todas as
camadas são reconhecidas;
• CONCLUSÃO : Hoje em dia o maior uso e o
maior desenvolvimento das técnicas, está
nos ensaios de campo.
UTILIZAÇÃO
SPT
reconhecimento inicial, camadas, amostras, nível d’água,
compacidade, consistência;
CPTu
camadas,resistência,deformabilidade, tempo de adensamento;
DMT
camadas, resistência, deformabilidade;
VST
resistência, sensibilidade;
PMT
resistência e deformabilidade
SONDAGEM A PERCUSSÃO
SPT
NBR-6484 - ABNT
HISTÓRICO DA SONDAGEM A PERCUSSÃO “SPT”
•1902 – Charles R. Gow – início da coleta de
cravado;
amostra “seca”, com tubo
•1927 – Raymond Concrete Pile Company, amostrador de 3 partes (cabeça,
corpo e sapata);
•1944 – IPT no Brasil, início do uso sistemático;
•1958 – Primeira Norma ASTM Designation D 1586-58T – atual D 1586-99
•1977 – Primeira Norma da ABNT
•2001 – Norma atual ABNT NBR – 6484 de fev. de 2001
QUANTIDADE DE SONDAGENS
•ABNT-NBR-8036 de junho de 1983
•“Programação de sondagens de simples reconhecimentos dos
solos para fundações de edifícios”
•Quantidade
e
profundidade
reconhecimento de um terreno.
das
sondagens,
para
o
MEDIÇÃO DE TORQUE EM SONDAGENS
• criado em 1988 – Prof. Dr. Stélvio M. T. Ranzini;
• informação adicional importante;
•grandeza física, em unidade de Kgf x m;
•medida por instrumento de precisão.
Torquímetro de ponteiro para determinação do atrito entre o solo e
o amostrador.
REPRESENTATIVIDADE DO ENSAIO “SPT”
Considerada, pela norma brasileira de fundações, NBR-6122 da ABNT
“indispensável em qualquer porte de obra”.
A amplitude de informações de uma sondagem é muito grande:
a)
coleta de amostras a cada metro de profundidade, permitindo a
classificação táctil e visual dos materiais atingidos;
b)
identificação do início e fim de cada camada de solo, pela observação
do material aderido ao trado ou pela observação da água de lavagem;
c)
avaliação da profundidade do lençol
artesianismo ou lençol empoleirado;
d)
avaliação da consistência ou compacidade das argilas ou das areias,
respectivamente, pelo número de golpes “SPT”, necessários para a
cravação do amostrador padrão.
freático
e
de
eventual
ABNT
“Simples” reconhecimento
CONCLUSÃO
SONDAGEM “SPT”
É um procedimento excelente para o primeiro
reconhecimento geotécnico de um terreno.
ENSAIO DE PENETRAÇÃO DE CONE
ESTÁTICO COM MEDIDA DE
PRESSÃO NEUTRA
CPTu
NORMA ABNT – NBR 12069
HISTÓRICO DO ENSAIO “CPT”
•Holanda – Barentsen - 1932 – cria o sistema;
•Holanda – Begemann – 1950 – consolida o uso e cria a
luva de atrito lateral;
•Brasil - Estacas Franki – inicia o uso no final da década
de 1950;
•Noruega – Janbu – 1974 – cria o piezocone CPTu –
ensaio com medidas de pressões neutras;
•Brasil – ABNT – 1991 – Solo – Ensaio de Penetração de
cone “in-situ”CPT – não menciona leitura de pressões neutras
Cone
eletrônico
Norma ABNT
1)Não menciona as leituras de pressões neutras;
2)Em ensaios especiais de campo a evolução é
muito rápida e o desejável é usar normas
internacionais, como Eurocode e ASTM.
Referência em
ensaios CPTu
Publicado em 1997
OUTROS NOMES
• Piezocone
• CPT
• Ensaio de cone
• Ensaio de penetração estática (EPC)
• Deep sounding
Simpósio internacional
240 participantes
40 países
Só ensaios de cone
Huntington Beach – USA
Maio - 2010
CONE ELETRÔNICO - Atual
Resultados de um ensaio CPTu
qt (MPa)
Depth (meters)
0
fs
ub
qt
20
40
u b (kPa)
fs (kPa)
60
0
500
1000
-200
0
0
0
4
4
4
8
8
8
12
12
12
16
16
16
20
20
20
24
24
24
28
28
28
0
200 400 600 800
Detalhe da pedra porosa de
medida de pressões neutras
SATURAÇÃO DAS PEDRAS POROSAS
Medidas a cada 1,0 cm
100 informações de cada parâmetro, por metro
São 3 parâmetros, portanto são 300 informações por metro
As informações são apresentadas em unidades de pressões (Kpa)
Resistência de ponta e resistência de
atrito lateral (a proporção entre as
duas é a “razão de atrito”)
Pressão neutra desenvolvida no
processo de perfuração
Equipamento
de cravação
Cone mecânico
Cone de
Begmann
com luva de
atrito
(mecânico)
Estratigrafia
Região litorânea
Espírito Santo
Região litorânea
Espírito Santo
Região litorânea
Espírito Santo
Região litorânea
Espírito Santo
Resistência ao cisalhamento dos solos
Solos grossos - Areias
Comportamento drenado
Critério de Mohr - Coulomb
Solos finos - Argilas
Comportamento não drenado
Critério de Tresca
Solos grossos - Areias
Ângulo de atrito
Solos finos - Argilas
Coesão em condição não drenada
Teste de dissipação de sobrepressão
neutra
(Nos ensaios “in-situ”as heterogeneidades estão presentes)
(CPTu não é piezômetro)
SPT
CPTu
CONCLUSÃO
ENSAIO “CPTu”
É um procedimento excelente para complementar o
reconhecimento estratigráfico do terreno e medir
propriedades de resistência, deformabilidade e de
tempo de adensamento.
Ensaio com o dilatômetro de
Marchetti
DMT
EQUIPAMENTO
Detalhe lâmina
Unidade de controle
HISTÓRICO
• Desenvolvido em 1975 pelo Prof. Silvano Marchetti (Roma – Itália)
• Atualmente em uso em 40 países
NORMAS INTERNACIONAIS
• ASTM “Standard Test Method for Performing
the Flat Plate Dilatometer Test” - D6635-01
• Eurocode 7 - Geotechnical Design - Part 3 “Design assisted by field testing” - Section 9 “Flat Dilatometer Test (DMT)”
• Não há norma brasileira !
Simpósio
Internacional
Comemorativo de
30 anos
Ensaio DMT
Washington – USA
2006
E
Q
U
I
P
A
M
E
N
T
O
DETALHES DA LÂMINA E DA FIXAÇÃO DA
MEMBRANA
Passagem da mangueira
ÍNDICE DO MATERIAL (Id)
Id
P1 P0
PO μ 0
Nos solos argilosos, a pressão “P1” é apenas um pouco maior do que a
pressão “P0”, enquanto nos solos arenosos, essa diferença é bem maior.
SOLOS GROSSOS
SOLOS FINOS
P0
Profundidade (m )
Resultados: “baixos” valores de “Id”
P1
Pressões "P0" e "P1"
(Kgf/cm2)
Pressões "P0" e "P1"
(Kgf/cm2)
P1
P0
Profundidade (m )
Resultados: “altos” valores de “Id”
Id
•
•
•
•
P1
PO
P0
μ0
Índice ligado aos vazios e à compressibilidade
Identifica o “comportamento granulométrico”
É um adimensional
Difere do SPT, que é absoluto e não se usa interpretar
como proporção do estado de tensões
VALORES DO ÍNDICE DO MATERIAL “Id”
0,1
0,35
0,60
0,90
1,20
1,80
3,30
10
Argilas
Argilas
Argilas
Siltes
Siltes
Siltes
Areias
Areias
sensíveis puras
siltosas argilosos
puros
arenosos siltosas
puras
e turfas
ARGILAS
SILTES
AREIAS
TIPO DE SOLO COM BASE NA OBSERVAÇÃO DO COMPORTAMENTO
GUARULHOS/SP
MÓDULO DILATOMÉTRICO (Ed)
Esse índice “Ed”, é obtido diretamente das leituras “P0” e “P1
De acordo com a teoria da elasticidade:
1 μ2 2
D σ
E π
onde “D” é o diâmetro da membrana e “ ” é a diferença de pressão aplicada
(P1 - P0)
2
Para = 1,10 mm; D = 6,0 cm; = P1 – P0 (Kgf/cm ) e definindo como módulo dilatométrico
“Ed” a proporção E d
E
1
2
, resulta:
0,11 6,0 (P1 P0 )
Ed
1
0,64
Ed
34,7(P1 P0 )
O parâmetro “Ed” representa uma “proporção elástica”, ou seja, exprime a relação entre
o módulo de elasticidade do solo (E) e o coeficiente de Poisson do solo ( ).
Ed
E
1
2
Classificação
Compacidade
Consistência
Peso específico
ÍNDICE DE TENSÃO HORIZONTAL (Kd)
•Representa a própria definição de “Ko”
•A introdução da lâmina altera o repouso
Kd
Po μ 0
σ' VO
•Identificação do histórico de tensões
•Em solos sobreadensados Kd > 2,3
•Índice normalizado com a tensão efetiva
Parâmetro “Kd” na faixa de solos normalmente adensados (entre 1,8 e 2,3)
Índice de tensão horizontal "Kd"
Profundidade (m)
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2
4
6
Solos
normalmente
adensados
8
10
12
BAIRRO DA MOÓCA – SÃO PAULO/SP
SP-02
ALEMOA – SANTOS/SP
CORRELAÇÕES
• Muito estudadas no mundo todo;
• Sempre buscam a relação com os
ensaios de laboratório;
• O critério recomendado é entender
como índices e usar diretamente em
projetos.
“STANDARD”
• SPT – Standard Penetration Test
(diferente em cada lugar do mundo);
• Ensaios especiais (CPTu, DMT, VST e
PMT) seguem um mesmo padrão
internacional;
• A execução dos ensaios especiais
independe do operador.
Ensaio com o pressiômetro de
Ménard
PMT
(não há norma brasileira)
HISTÓRICO
Desenvolvido por Louis
Ménard na França em 1955
Em 1963 L. Ménard publica
a aplicação direta ao
cálculo da capacidade de
carga e recalques de
fundações
Norma ASTM
Eurocode
O ensaio PMT é
rotina na França
A experiência
acumulada na
França é muito
grande
Publicação de 1978
Jean-Louis Briaud
Texas A&M University
Publicado em 1992
Concentra o conhecimento
internacional sobre o assunto
Publicação de
1995
1.Perfuração com circulação de água interna ao revestimento
2.Remoção da ferramenta de perfuração
3.Limpeza interna
4.Introdução do pressiômetro
5.Execução do ensaio
Pressiômetro
O processo de perfuração com rotativa é o que permite
atingir os solos mais fortes
A base teórica de
análise é a teoria
de expansão de
uma cavidade
cilíndrica
Pressiômetro
O único ensaio que mede deformação e
resistência limite
Perfuração com tubo fendido (lanterna chinesa)
Os ensaios são executados a partir do fundo do furo
O módulo pressiométrico é determinado com base na inclinação do trecho
linear da curva;
A pressão limite é determinada quando a cavidade espandida atinge o
dobro do volume da sonda.
Valores típicos de pressão
limite e módulo pressiométrico
ENSAIO DE PALHETA “IN-SITU”
VANE - TEST
VST
NORMA ABNT – MB - 3122
HISTÓRICO
Desenvolvido na Suécia em 1919
No Brasil é executado desde 1949
Em 1989 foi publicada a norma brasileira da ABNT
EQUIPAMENTO
ANTIGO
Mecânico (manual)
ABNT – MB 3122
Em ensaios especiais de
campo a evolução é muito
rápida e o desejável é usar
normas internacionais,
como Eurocode e ASTM.
Simpósio
internacional
Tampa – USA 1987
Equipamento atual - eletrônico
Equipamento atual - eletrônico
Resultado típico
Resultados
típicos
SENSIBILIDADE
(Skempton & Northey)
Sensibilidade
das argilas
Os solos mais estudados do
Brasil
• Argilas terciárias de São Paulo
• Argilas moles do Rio de Janeiro
• Argilas marinhas de Santos
• E as areias ?????????????????????
• Só com os ensaios de campo !
PARÂMETROS GEOTÉCNICOS
PARÂMETROS GEOTÉCNICOS
• Resistência
• Deformabilidade
• Histórico de tensões
• Sensibilidade
• Tempo de adensamento
ENSAIOS DE CAMPO
• Resistência………….......CPTu, DMT, VST, PMT
• Deformabilidade…………DMT, PMT
• Histórico de tensões…...DMT
• Sensibilidade……………..VST
• Tempo de adensamento..CPTu
Resistência ao cisalhamento dos solos
Solos grossos - Areias
Comportamento drenado
Critério de Mohr - Coulomb
Solos finos - Argilas
Comportamento não drenado
Critério de Tresca
Envoltória completa
Coesão e ângulo de atrito
Só com ensaios de laboratório
Misturar coesão de ensaio rápido com ângulo de atrito
de ensaio lento é muito errado !!!
Simpósio
DMT
Washington
2006
INTERAÇÃO SOLO X ESTRUTURA
Deformação é o condicionante fundamental
em fundações
O ensaio de maior representatividade nas avaliações é o DMT
A expectativa de se conseguir simular a interação do solo com a
estrutura é com o ensaio DMT
Exemplo de
um edifício
no Morumbi
225
565
SHADED AREA CORRESPONDS
TO EQUIVALENT FOOT
910
5230 KN
1780
940
B
1675
600
1675
620
540
600
615
235
600
C
B
400
380
400
385
4280 KN
5160 KN
4420 KN
19400 KN
19590 KN
255
3410 KN
D
A
34870 KN
34690 KN
330
330
260
D
3300 KN
44110 KN
360
400
540
2970 KN
515
395
795
800
300
3850 KN
15090 KN
14830 KN
C
B
B
Sapata fictícia de
cálculo
COB
CM
27
26
25
EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES
Rua Domingos Lopes Silva
0
-2
-4
Recalque (mm)
-6
-8
P19
-10
P21
P23
-12
P32
P34
-14
-16
-18
-20
-22
31/8/2006
31/7/2006
30/6/2006
31/5/2006
30/4/2006
31/3/2006
28/2/2006
31/1/2006
31/12/2005
30/11/2005
31/10/2005
30/9/2005
31/8/2005
Período
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
T
1S
2S
Legenda
Situação na Leitura inicia
Concretagem
Fechamento de paredes
13/10/05
18/11/05
21/12/05
01/02/06
02/03/06
06/04/06
18/05/06
20/06/06 - nota: houve um
COB
CM
27
26
25
EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES
Rua Domingos Lopes Silva
0
-2
-4
Recalque (mm)
-6
P1
P3
-8
P5
-10
P7
-12
P10
-14
P12
-16
-18
-20
-22
31/8/2006
31/7/2006
30/6/2006
31/5/2006
30/4/2006
31/3/2006
28/2/2006
31/1/2006
31/12/2005
30/11/2005
31/10/2005
30/9/2005
31/8/2005
Período
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
T
1S
2S
Legenda
Situação na Leitu
Concretagem
Fechamento de p
13/10/05
18/11/05
21/12/05
01/02/06
02/03/06
06/04/06
18/05/06
20/06/06 - nota: h
RECALQUES FINAIS PREVISTOS
P3
P1
C.M.=43.07
-23.3mm
C.M.=38.93
B
-19.5mm
C.M.=44.72
P7
P10
-13.75mm
C.M.=39.95
-17.0mm
C.M.=85.71
P12
-9,57mm
C.M.=68.15
P19
-30.00mm
C.M.=68.15
A
A
P32
-6.38mm
C.M.=52.47
P21
P23
-10.24mm
C.M.=29.42
-16,50mm
C.M.=48.12
P34
B
-23.10mm
C.M.=27.77
RECALQUES FINAIS PREVISTOS
Secção longitudinal
P7
P21
0.00
P23
P19
P1
P34
P3
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
1
500
1
-11.00 500
Recalques (mm)
-12.00
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
-17.00
-18.00
-19.00
-20.00
-21.00
-22.00
1
-23.00
950
-24.00
-25.00
-26.00
-27.00
-28.00
-29.00
-30.00
0.00
4.00
SECÇÃO "A-A"
8.00
12.00
16.00
20.00
Distância em metros
24.00
28.00
32.00
36.00
40.00
44.00
MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL
P1
-20.5mm
C.M.=33.60
C.M.=35.80
P7
P12
-12.3mm
C.M.=35.90
P19
-21.0mm
C.M.=34.80
P3
P10
-17.2mm
C.M.=30.00
-15.1mm
C.M.=70.20
-7.2mm
C.M.=59.4
P32
-8.5mm
C.M.=45.20
P21
P23
-13.9mm
C.M.=21.40
-17.4mm
C.M.=43.40
P34
-20.7mm
C.M.=20.70
MÉDIA DOS RECALQUES MEDIDOS
X
PORCENTAGEM DO CARREGAMENTO
0.00
-5.00
-10.00
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
Média dos
recalques (mm)
3.45%
12.07%
19%
27,5%
40%
49%
61%
72.5% 75.5% 78%
100%
Carregamento
EVOLUÇÃO DOS RECALQUES
Recalques edifíco Morumbi
0,0
-5,0
P1
P3
-10,0
P7
P10
P12
P19
P21
-15,0
P23
P32
P34
-20,0
Porcentagem carregada
80
,0
0%
70
,0
0%
60
,0
0%
50
,0
0%
40
,0
0%
30
,0
0%
20
,0
0%
10
,0
0%
-25,0
0,
00
%
Recalque (mm)
P5
MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL
P7
P21
0.00
P23
P19
P1
P34
P3
P12
P32
P10
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
Recalques (mm)
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00 1
-11.00 500
-12.00
1
500
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
-17.00
-18.00
-19.00
-20.00
0.00
4.00
SECÇÃO "A-A"
8.00
12.00
16.00
20.00
Distância em metros
24.00
28.00
32.00
36.00
40.00
44.00
EVOLUÇÃO DOS RECALQUES E COMPARAÇÃO
COM A PREVISÃO
0.00
P7
P21
P23
P1
P19
P34
P3
P12
P32
P10
12.07%
19.00%
27.50%
40.00%
49.00%
61.00%
PREVISÃO
72.50%
75.5%
78%
13/10/05
18/11/05
-5.00
21/12/05
01/02/06
02/03/06
-10.00
Recalques (mm)
3.45%
06/04/06
PREVISÃO
18/05/06
20/06/06
-15.00 03/08/06
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
0.00
4.00
ESCALA H=1:200
ESCALA V=1:0.2
8.00
12.00
16.00
20.00
24.00
Distância em metros
28.00
32.00
36.00
40.00
44.00
OBRIGADO
BOM FUTEBOL !!