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–USA1998

2)Porto-Portugal 2004

3)Taipei – Taiwan2008

4)Recife – Brasil2012

Ensaios de campo X Ensaios de laboratório

• LABORATÓRIO : poucas amostras, poucarepresentatividade do todo, mas são maisprecisos;

• CAMPO : são menos precisos, masamostragem é quase integral, todas as camadas são reconhecidas;

• CONCLUSÃO : Hoje em dia o maior uso e o maior desenvolvimento das técnicas, estános ensaios de campo.

UTILIZAÇÃO

SPTreconhecimento inicial, camadas, amostras, nível d’água,

compacidade, consistência;

CPTucamadas,resistência,deformabilidade, tempo de adensamento;

DMTcamadas, resistência, deformabilidade;

VSTresistência, sensibilidade;

PMTresistência e deformabilidade

SONDAGEM A PERCUSSÃO

SPT

NBR-6484 - ABNT

HISTÓRICO DA SONDAGEM A PERCUSSÃO “SPT”

•1902 – Charles R. Gow – início da coleta de amostra “seca”, com tubocravado;

•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 dossolos para fundações de edifícios”

•Quantidade e profundidade das sondagens, para oreconhecimento de um terreno.

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 aclassificação táctil e visual dos materiais atingidos;

b) identificação do início e fim de cada camada de solo, pela observaçãodo material aderido ao trado ou pela observação da água de lavagem;

c) avaliação da profundidade do lençol freático e de eventualartesianismo ou lençol empoleirado;

d) avaliação da consistência ou compacidade das argilas ou das areias,respectivamente, pelo número de golpes “SPT”, necessários para acravação do amostrador padrão.

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 normasinternacionais, como Eurocode e ASTM.

Referência emensaios 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

0

4

8

12

16

20

24

28

0 20 40 60

qt (MPa)

De

pth

(m

ete

rs)

0

4

8

12

16

20

24

28

0 500 1000

fs (kPa) u b (kPa)

0

4

8

12

16

20

24

28

-200 0 200 400 600 800

qt

ub

fs

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 metroSão 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

Equipamentode 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 - AreiasComportamento drenado

Critério de Mohr - Coulomb

Solos finos - Argilas

Comportamento não drenado

Critério de Tresca

Solos grossos - AreiasÂngulo de atrito

Solos finos - ArgilasCoesão em condição não drenada

Teste de dissipação de sobrepressãoneutra

(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

Unidade de controleDetalhe lâmina

HISTÓRICO• Desenvolvido em 1975 pelo Prof. Silvano Marchetti (Roma – Itália)

• Atualmente em uso em 40 países

NORMAS INTERNACIONAIS

• ASTM “Standard Test Method for Performingthe 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 !

SimpósioInternacional

Comemorativo de 30 anos

Ensaio DMT

Washington – USA

2006

EQUIPAMENTO

DETALHES DA LÂMINA E DA FIXAÇÃO DA MEMBRANA

Passagem da mangueira

ÍNDICE DO MATERIAL (Id)

0O

01d

μP

PPI

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.

Profundidade (m)

Pre

ssõ

es "

P0" e

"P

1"

(Kg

f/cm

2)

P0

P1

Profundidade (m)

Pre

ssõ

es "

P0" e

"P

1"

(Kg

f/cm

2)

P0

P1

SOLOS FINOS SOLOS GROSSOS

Resultados: “baixos” valores de “Id” Resultados: “altos” valores de “Id”

• 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 sensíveis e turfas

Argilas puras

Argilas siltosas

Siltes argilosos

Siltes puros

Siltes arenosos

Areias siltosas

Areias puras

ARGILAS SILTES AREIAS

TIPO DE SOLO COM BASE NA OBSERVAÇÃO DO COMPORTAMENTO

0O

01d

μP

PPI

GUARULHOS/SP

MÓDULO DILATOMÉTRICO (Ed)Esse índice “Ed”, é obtido diretamente das leituras “P0” e “P1

De acordo com a teoria da elasticidade:

π

2

E

μ1 σ D

2

onde “D” é o diâmetro da membrana e “ ” é a diferença de pressão aplicada (P1 - P0)

Para = 1,10 mm; D = 6,0 cm; = P1 – P0 (Kgf/cm2) e definindo como módulo dilatométrico

“Ed” a proporção 21

EEd , resulta:

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 ( ).

21

EEd

)P34,7(PE

0,64E

1)P(P 6,00,11

01d

d

01

Classificação

Compacidade

Consistência

Peso específico

ÍNDICE DE TENSÃO HORIZONTAL (Kd)

VO

0d

σ'

μPoK

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12

Índice de tensão horizontal "Kd"

Pro

fun

did

ade

(m

)

Solos

normalmente

adensados

Parâmetro “Kd” na faixa de solos normalmente adensados (entre 1,8 e 2,3)

•Representa a própria definição de “Ko”

•A introdução da lâmina altera o repouso

•Identificação do histórico de tensões

•Em solos sobreadensados Kd > 2,3

•Índice normalizado com a tensão efetiva

BAIRRO DA MOÓCA – SÃO PAULO/SP

SP-02

ALEMOA – SANTOS/SP

CORRELAÇÕES

• Muito estudadas no mundo todo;

• Sempre buscam a relação com osensaios de laboratório;

• O critério recomendado é entendercomo índices e usar diretamente emprojetos.

“STANDARD”

• SPT – Standard Penetration Test (diferente em cada lugar do mundo);

• Ensaios especiais (CPTu, DMT, VST e PMT) seguem um mesmo padrãointernacional;

• A execução dos ensaios especiaisindepende 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 publicaa aplicação direta ao

cálculo da capacidade de carga e recalques de

fundações

Norma ASTM

Eurocode

O ensaio PMT é rotina na França

A experiênciaacumulada naFrança é muito

grande

Publicação de 1978

Jean-Louis BriaudTexas A&M University

Publicado em 1992

Concentra o conhecimentointernacional 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

PressiômetroO processo de perfuração com rotativa é o que permite

atingir os solos mais fortes

A base teórica de análise é a teoriade expansão de uma cavidade

cilíndrica

PressiômetroO 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 trecholinear da curva;

A pressão limite é determinada quando a cavidade espandida atinge o dobro do volume da sonda.

Valores típicos de pressãolimite 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 muitorápida e o desejável é usar

normas internacionais, como Eurocode e ASTM.

Simpósiointernacional

Tampa – USA -1987

Equipamento atual - eletrônico

Equipamento atual - eletrônico

Resultado típico

Resultados típicos

SENSIBILIDADE(Skempton & Northey)

Sensibilidadedas 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 atritode ensaio lento é muito errado !!!

SimpósioDMT

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

TO EQUIVALENT FOOTSHADED AREA CORRESPONDS

D

C

BB

B

34870 KN 34690 KN

44110 KN

14830 KN 15090 KN

4280 KN

3300 KN

3850 KN

4420 KN

3410 KN

2970 KN

19400 KN

5230 KN

19590 KN

5160 KN

B

DA

C

620

17

80

8005

15

795

54

0

380

40

0

255

33

0

360

40

0

385

40

0

260

33

0

300

39

5

540

94

0

235

60

0600

16

75

565

91

0

225

61

5 600

16

75

Sapata fictícia de cálculo

COB Legenda

CM

27 Situação na Leitura inicial Lo26

25 Concretagem

24

23 Fechamento de paredes

22

21 13/10/05

20

19 18/11/05

18

17 21/12/05

16

15 01/02/06

14

13 02/03/06

12

11 06/04/06

10

9 18/05/06

8

7 20/06/06 - nota: houve um alívio de carga (cimbramentos, etc)

6

5

4

3

2

1

T

1S

2S

EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES

Rua Domingos Lopes Silva

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

31

/8/2

00

5

30

/9/2

00

5

31

/10

/20

05

30

/11

/20

05

31

/12

/20

05

31

/1/2

00

6

28

/2/2

00

6

31

/3/2

00

6

30

/4/2

00

6

31

/5/2

00

6

30

/6/2

00

6

31

/7/2

00

6

31

/8/2

00

6

Período

Recalq

ue (

mm

)

P19

P21

P23

P32

P34

COB Legenda

CM

27 Situação na Leitura inicial Lo26

25 Concretagem

24

23 Fechamento de paredes

22

21 13/10/05

20

19 18/11/05

18

17 21/12/05

16

15 01/02/06

14

13 02/03/06

12

11 06/04/06

10

9 18/05/06

8

7 20/06/06 - nota: houve um alívio de carga (cimbramentos, etc)

6

5

4

3

2

1

T

1S

2S

EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES

Rua Domingos Lopes Silva

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

31

/8/2

00

5

30

/9/2

00

5

31

/10

/20

05

30

/11

/20

05

31

/12

/20

05

31

/1/2

00

6

28

/2/2

00

6

31

/3/2

00

6

30

/4/2

00

6

31

/5/2

00

6

30

/6/2

00

6

31

/7/2

00

6

31

/8/2

00

6

Período

Recalq

ue (

mm

) P1

P3

P5

P7

P10

P12

RECALQUES FINAIS PREVISTOS

-10.24mm -16,50mm

-23.10mm

-30.00mm

-6.38mm

-9,57mm-17.0mm

-23.3mm-19.5mm

-13.75mm

P21

P12

P3

P10

P1

P7

P32

P34

P19

P23

A

BB

A

C.M.=44.72 C.M.=38.93C.M.=43.07

C.M.=39.95C.M.=85.71

C.M.=68.15

C.M.=68.15

C.M.=29.42 C.M.=48.12

C.M.=52.47

C.M.=27.77

RECALQUES FINAIS PREVISTOSSecção longitudinal

44.0040.0036.0032.0028.0024.0020.0016.0012.008.004.000.00

-1.00

-3.00

-5.00

-7.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

-9.00

-10.00

-12.00

-13.00

-11.00

-15.00

-16.00

-14.00

-17.00

-18.00

-19.00

-21.00

-22.00

-20.00

-23.00

-24.00

-25.00

-27.00

-28.00

-26.00

-29.00

-30.00

Recalq

ues (

mm

)

Distância em metrosSECÇÃO "A-A"

1

500

950

1

1500

P21P7

P23 P1 P19 P34 P3

C.M.=21.40

-13.9mm

P21

C.M.=43.40

-17.4mm

P23

C.M.=20.70

-20.7mm

P34

C.M.=45.20

-8.5mm

P32

C.M.=59.4

-7.2mm

P12

C.M.=70.20

P10-15.1mm

C.M.=30.00

-17.2mm

P3

C.M.=35.80

C.M.=34.80

-21.0mm

P19

C.M.=33.60

P1-20.5mm

C.M.=35.90-12.3mm

P7

MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL

3.45% 12.07% 19% 100%

-5.00

0.00

-10.00

-15.00

-20.00

-25.00

-30.00

-35.00

Carregamento

Média dos recalques (mm)

27,5% 40% 49% 61% 72.5% 78%75.5%

MÉDIA DOS RECALQUES MEDIDOS

X

PORCENTAGEM DO CARREGAMENTO

EVOLUÇÃO DOS RECALQUES

Recalques edifíco Morumbi

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

0,00

%

10,0

0%

20,0

0%

30,0

0%

40,0

0%

50,0

0%

60,0

0%

70,0

0%

80,0

0%

Porcentagem carregada

Re

calq

ue

(m

m)

P1

P3

P5

P7

P10

P12

P19

P21

P23

P32

P34

MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL

44.0040.0036.0032.0028.0024.0020.0016.0012.008.004.000.00

-1.00

-3.00

-5.00

-7.00

SECÇÃO "A-A"

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00 P10P12

P3P34P19P1P23P21P7

Recalq

ues (

mm

)

Distância em metros

-9.00

-10.001

500

P32

-12.00

-13.00

-11.001

500

-15.00

-16.00

-14.00

-17.00

-18.00

-19.00

-20.00

-5.00

0.00

ESCALA H=1:200ESCALA V=1:0.2

-10.00

-15.00

-20.00

-25.00

-30.00

-35.00

P12P32P10P3P34P19P1P23P21

P7

13/10/0518/11/05

12.07%19.00%

3.45%

Reca

lqu

es (

mm

)

Distância em metros

4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00 40.00 44.00

21/12/05

27.50%

01/02/06

40.00%

02/03/06

49.00%

06/04/06

61.00%PREVISÃO

0.00

72.50%

18/05/0620/06/06

03/08/06

78% 75.5%

PREVISÃO

EVOLUÇÃO DOS RECALQUES E COMPARAÇÃO COM A PREVISÃO

OBRIGADOBOM FUTEBOL !!