Mestrado em Engenharia de Estruturas. Fundações de Estruturas. Ensaios de campo. Jaime A. Santos (IST)

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1 Mestrado em Engenharia de Estruturas Fundações de Estruturas Ensaios de campo Jaime A. Santos (IST)

2 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).

3 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.

4 Correlações desactualizadas com base no valor de N

5 Ensaio de penetração dinâmica SPT Factores correctivos: (N 1 ) 60 =ER r /60 λ C N N... ER r eficiência λ - factor de correcção do comprimento das varas C N factor de correcção da tensão efectiva de recobrimento (areias)

6 Ensaio de penetração dinâmica SPT

7 Ensaio de penetração dinâmica SPT Factor correctivo relacionado com a energia de cravação (ER r /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.

8 Ensaio de penetração dinâmica SPT Factor correctivo relacionado com o comprimento das varas (EC7): Comprimento total das varas (m) λ 3 4 0, , ,95 > 10 1,0

9 Ensaio de penetração dinâmica SPT Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7): Tipo de areia Normalmente consolidadas Compacidade relativa I D (%) C N 40 a 60 2/(1+σ v ) 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 C N =1 Não são recomendáveis valores de C N superiores a 2 (ou preferivelmente 1,5) Skempton( 1986 ) : N 60 = I 2 D ( a + b σ v ) ( a,b material )

10 Ensaio de penetração dinâmica SPT Importância dos factores correctivos Exemplo: Terreno arenoso (NC) com γ=20kn/m 3 z [m] N 60 (N 1 ) ,75 x 200/(100+4x20) x 10 = 8, ,0 x 200/(100+20x20) x 20 = 8,0

11 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

12 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) - N 10 ou N 20 ; - é efectuado um registo contínuo e não existe recolha de amostra;

13 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)

14 Penetrómetro dinâmico (Dynamic probing tests - DP) EC7. Correlações com carácter informativo Areia mal graduada (C U < 3) acima do NF I D = 0,15 + 0,260 log N 10 (DPL) I D = 0,10 + 0,435 log N 10 (DPH) Areia mal graduada (C U < 3) abaixo do NF I D = 0,21 + 0,230 log N 10 (DPL) I D = 0,23 + 0,380 log N 10 (DPH) Areia/Cascalho bem graduado (CU > 6) acima do NF I D = 0,14 + 0,550 log N 10 (DPH). Tipo de solo Granulometria I D [%] Ângulo de resistência ao corte efectivo areia-cascalho, areia, areia fina mal graduado (C U <6) (solta) (medianamente densa) 30º 32,5º > 65 (densa) 35º Cascalho, bem graduado (solta) 30º areia-cascalho, areia (6 C U 15) (medianamente densa) 34º > 65 (densa) 38º

15 Ensaio de penetração dinâmica SPT Consistência de argilas Consistência N (SPT) q u (kpa) Muito mole < 2 < 30 Mole 2 a 4 30 a 50 Média 4 a 8 50 a 100 Dura 8 a a 200 Muito dura 15 a a 400 Rija > 30 > 400 q u resistência à compressão simples O factor de correcção C N não é aplicável para os solos argilosos

16 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 10cm 2. No ensaio CPT medem-se as resistência de ponta e lateral: q c e f s. 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 C h.

17 Ensaios de penetração (CPT/CPTU) Ensaio CPT Resistência de ponta: q c [FL -2 ] Resistência lateral: f s [FL -2 ] Razão de atrito: R f =f s /q c Ensaio CPTU u A N Resistência de ponta corrigida: q t A C q t =q c + (1-a) u ; a = A N /A C Parâmetros adimensionais: B q, Q t, F r

18 Ensaios de penetração (CPT/CPTU) Sistema de cravação Componentes do equipamento

19 Cone Sísmico (SCPT/SCPTU) Vantagens: rapidez de execução; caracteriza a resistência de ponta e a resistência lateral; caracteriza a estratigrafia.

20 Cone Sísmico (SCPTU)

21 Cone Sísmico (SCPTU)

22 Cone Sísmico (SCPTU)

23 Ensaio de penetração CPT Robertson & Campanella (1983) (R f =f s /q c ) Classificação do solo

24 Ensaio de penetração CPTU

25 Classificações com base no CPTU (Robertson, 1990) 1 Solo fino sensível 2 Solos orgânicos turfas 3 Argilas - argilas a argilas siltosas 4 Misturas siltosas - argilas siltosas a siltes argilosos 5 Misturas arenosas - siltes arenosos a areias siltosas 6 Areias - areias siltosas a areias limpas 7 Areias a areias com cascalho 8 Areias a areias argilosas muito compactas (cimentadas) 9 Solos finos muito duros (fortemente sobreconsolidados)

26 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: q c,f s, granulometria areias: compacidade relativa, φ', E s Métodos de cálculo para fundações superficiais Métodos de cálculo para fundações por estacas

27 Correlação q c -c u c u =(q c -σ v0 )/N k c u =(q t -σ v0 )/N kt (CPT) (CPTU) Os valores de N k en kt 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 c u.

28 Correlação q c -N SPT Nota: p a =100kPa Ensaios de campo. Correlações 28

29 Correlação q c -N SPT 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 q c -N SPT expressas em função da diâmetro médio das partículas (D 50 ). 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

30 Ensaio de corte rotativo Caracterização de solos moles (N < 4, máx 7) Pás do molinete Sup. rotura Secção A-A

31 Ensaio de corte rotativo Hipóteses (EC7): comp. isotrópico - b=c uv /c uh =1 dist. de tensões uniforme nas sup. horizontais dos topos n=0, τ x /τ x=r = (x/r) n altura das pás é igual ao dobro da largura H = 2D mostra-se que nestas condições c u = 0.86 M / π D 3 = M / D 3 O ensaio permite determinar a resistência não drenada de pico e residual dos solos argilosos

32 Ensaio de corte rotativo Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se: Na superfície lateral M1 = τ x Área lateral x braço = τ (π D H) D/2 = τπd 2 H/2 Nas superfícies do topo e da base M2 = 2 τ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R 3 M τ Atendendo a que H = 2D e τ = c u M = M1 + M2 = c u D 3 7/6 π, ou seja, c u = (6/7 M) / (π D 3 ) = (0.86 M) / (π D 3 ) Factores correctivos

33 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.. c u = μ c fv 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 (c fv ). 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

34 Ensaio pressiométrico 1) tipo Menard (em pré-furo) 2) autoperfurador EC7-part 3 Pressão limite: p LM (p L ) Módulo Menard: E M

35 Gaguelin et al. (1978) Tipo de solo Argila mole Argila dura a muito dura Argila rija Areia solta ou silte compressível q c /p LM Silte compacto Areia ou cascalho Gonin et al. (1992) Tipo de solo Silte Areia Argila mole Argila plástica Marga Gesso N 60 /p LM N 60 /E M Obs: Valores de p LM e E M em MPa

36 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)