Comparação entre resultados de ensaios CPT mecânico e elétrico para o solo de diabásio da região de Campinas, Brasil

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1 Comparação entre resultados de ensaios CPT mecânico e elétrico para o solo de diabásio da região de Campinas, Brasil Tiago Garcia Rodriguez FEC/Unicamp / Fugro In Situ Geotecnia Jundiaí, São Paulo, Brasil, tgr_fec03@hotmail.com Paulo José Rocha de Albuquerque FEC/Unicamp Campinas, São Paulo, Brasil, pjra@fec.unicamp.br Heraldo Luiz Giacheti FEB/UNESP Bauru, São Paulo, Brasil, giacheti@feb.unesp.br RESUMO: Os ensaios CPT têm sido cada vez mais utilizados no dia a dia da geotecnia nacional. Um dos grandes inconvenientes da utilização em larga escala tem sido a pouca oferta e o maior custo, frente ao do SPT. A contínua entrada de novos equipamentos no mercado e a necessidade de soluções mais complexas para problemas geotécnicos, tem culminado no aumento da utilização deste ensaio em nosso país. O presente trabalho apresenta uma comparação entre os resultados de ensaios de CPT mecânico e elétrico realizados no Campo Experimental de Mecânica dos Solos e Fundações da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp, tendo em vista a aplicabilidade dos parâmetros obtidos no CPT elétrico frente a experiência acumulada no CPT mecânico. Foram conduzidas comparações entre valores de qc e fs obtidos nesses dois tipos de ensaios. As análises levaram em consideração a origem do solo, desta forma, os resultados obtidos mostram que a relação entre os valores de qc é muito próximo da unidade, porém,a relação entre os valores de fs é muito dependente da pedogênese. PALAVRAS-CHAVE: Investigação geotécnica, CTP mecânico, CPT elétrico, resistência de ponta, atrito lateral. 1 INTRODUÇÃO Mundialmente difundido, o ensaio CPT, (Cone Penetration Test), ainda representa uma pequena parte dos ensaios geotécnicos realizados no Brasil, ficando restrito às obras de grande grande porte em solos de comportamentos mais complexos, como os solos moles. O CPT é uma ferramenta extremamente versátil, com muita experiência acumulada, principalmente nos últimos 50 anos, onde destacam-se as experiências na América do Norte e Europa, com a possibilidade da obtenção de um grande número de parâmetros geotécnicos com boa acurácia, podendo também conectar diversos acessórios que a capacitam na coleta de um outro número de parâmetros. No Brasil um dos grandes inconvenientes da utilização do CPT elétrico, em larga escala, tem sido o custo elevado dos equipamentos, porém, com a contínua entrada de novos equipamentos no mercado e a necessidasde de soluções mais complexas para problemas geotecnicos tem permitido a redução dos custos e a infiltração crescente deste ensaio. O foco deste artigo foi a verificação da possibilidade da transferência de conhecimento adquirido com o CPT mecânico, mais difundido no cenário nacional, para o uso do CPT elétrico, aumentando a confiabilidade do seu uso. No presente artigo foram utilizados dois procedimentos, utilizando-se duas ponteiras cônicas distintas. A primeira consiste no cone de Begemann, também conhecido como cone mecânico, o segundo consiste no cone da Geoprobe, também conhecido como cone elétrico.

2 Desta forma, o presente artigo, apresenta a relação obtida entre os valores de qc e fs empregando dois equipamentos (mecânico e elétrico) em um perfil solo não saturado, poroso e laterítico, típico de diversas regiões do pais. 2 CAMPO EXPERIMENTAL DE MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES FEC/UNICAMP Após o grande número de ensaios de campo e provas de carga em estacas realizados no Campo Experimental localizado na área da Faculdade de Engenharia Agrícola da Unicamp, foi necessária a procura de uma nova área para a continuidade das pesquisas geotécnicas. Desta forma, foi selecionada uma área de aproximadamente 600 m 2, distante de aproximadamente 300 metros da anterior, contígua ao prédio de salas de aula da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp. A implantação deste novo campo experimental ocorreu em meados de Nesta área, até o momento, foram realizados diversos ensaios geotécnicos para a caracterização do subsolo, assim foram realizados ensaios de SPT-T, CPT, SCPT, DPL, DMT, ensaios laboratoriais com material proveniente de um poço, com 9 m de profundidade, para a retirada de amostras deformadas e indeformadas. O local tem sido objeto de diversas pesquisas, dentre elas destaca-se o trabalho de Gon (2011), onde é apresentada a caracterização do subsolo, com base em resultados de ensaios laboratoriais de granulometria, limites de Atterberg, compactação, permeabilidade e compressão triaxial. Segundo Albuquerque et al. (2001), o subsolo da região onde se encontra a Unicamp, é formado por migmatitos básicos, ocorrendo rochas intrusivas básicas da formação Serra Geral (diabásio), perfazendo 98 km 2 da região de Campinas, cerca de 14% de sua área total. Solos residuais de diabásio também são encontrados encaixados na formação Itararé e no Complexo Cristalino, sob forma de sills e diques. Nos afloramentos é possível verificar que os diabásios estão bastante fraturados, formando blocos pequenos, as fraturas normalmente estão abertas ou então preenchidas com material argiloso. Segundo Zuquete (1987) tais materiais são classificados, pedologicamente, como latossolos roxos e minerologicamente constituídos por quartzo, ilmenita, magnetita, caulinita, gibsita, óxidos e hidróxidos de ferro, sendo que as espessuras encontradas variam de 5 a 30 m. As duas primeiras camadas do subsolo do campo experimental (coluvionares), sofreram intenso processo de intemperização, sendo que a alta porosidade pode ser explicada pela lixiviação, ou seja, o carreamento da frações finas do solo para camadas mais profundas. A terceira camada é solo residual jovem, uma vez que ainda guarda características da rocha de origem. O mapa geológico é apresentado na Figura 1. 3 ENSAIO DE PENETRAÇÃO DO CONE (CPT) O ensaio de penetração do cone (CPT) é utilizado para a definição do perfil estratigráfico, estimativa de parâmetros geotécnicos dos materiais prospectados e/ou numa abordagem direta para projetos de fundações. O ensaio do cone consiste em cravar uma ponteira cônica (60º de ápice) com seção transversal de 10 cm 2, podendo chegar até 15 cm 2, a uma velocidade constante de 20mm/s conforme estabelecido nos padrões internacionais. Estão disponíveis no mercado dois tipos de ponteiras e procedimentos para a realização do ensaio: o ensaios de cone mecânico (geralmente do tipo cone de Begemann) e o ensaio de cone elétrico, utilizando-se uma ponteira instrumentada. Atualmente essas ponteiras possuem medidores de poro-pressão e, nesse caso, o ensaio passa a ser chamado de CPTU, ou piezocone. No ISSMFE realizado no Rio de Janeiro em 1989 foi divulgada a referência internacional para o procedimento de ensaios de penetração do cone (CPT) e em 1991 o Brasil definiu sua norma para esse ensaio, a NBR

3 12069/91 que estabelece as diretrizes que devem ser empregadas para realizaçao desse ensaio. Figura 1. Mapa geológico de Campinas (Instituto Geológico,2009) Cone Mecânico O procedimento para execução do ensaio de um cone mecânico pode ser descrito, resumidamente, pelas seguintes etapas: instalar o sistema de reação; cravação inicialmente apenas o cone ao longo de 4 cm resistência de ponta; as hastes internas são avançadas + 4 cm, fazendo que seja cravado o conjunto cone e luva de atrito resistência ponta + atrito; procede-se a descida das hastes externas ao longo de 20 cm, movimentando a luva de atrito por 16 cm e o cone por 12 cm; repetindo-se o procedimento em profundidade, inserindo novas hastes e recomençando o processo. A figura 2 ilustra este procedimento com uma ponteira de Begemann Cone Elétrico O procedimento para a execução do ensaio de cone elétrico pode ser descrito, resumidamente, pelas seguintes etapas: instalar do sistema de reação; conectar os sistemas de aquisição de dados; proceder a cravação do primeiro metro de ensaio; continuar a cravação da ponteira a cada metro; inserir novas hastes e retomar as leituras. As leituras geralmente são registradas a cada 2 cm, traçando-se desta forma um perfil praticamente contínuo. A figura 3 ilustra uma a ponteira de cone elétrico CPT mecânico versus elétrico Segundo De Ruiter (1971) a relação entre resultados de ensaios de cones mecânicos e elétricos contíguos, é de igualdade entre qc e de duas vezes entre fs, ou seja fs mecânico = 2 x fs elétrico. Esse autor atribuiu essa diferença as caracteristicas geométricas do cone mecânico. Giacheti et al (2004) analisaram os resultados de ensaios de cone elétrico e mecânicos realizados em três campos experimentais no interior do estado de São

4 Paulo, sendo eles: USP/São Carlos, Unesp/Bauru e Unicamp/Campinas. Destaca-se que os ensaios utilizados pelos autores foram realizados no antigo campo experimental da Unicamp, localizado na Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri). Os autores desmonstraram que para esses três campos experimentais valeram a proposição de De Ruiter (1971) em termos de valores de qc, porém para os valores de fs essa proposição foi melhor apenas para o campo experimental da Unesp/Bauru. Figura 3.Cone elétrico (Lunne et al., 1997). 4 ENSAIOS REALIZADOS Figura 2. Cone de Begemann (Robertson & Cabal, 2009). No Campo Experimental de Mecânica dos Solos e Fundações da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp foram executados, três ensaios de cone mecanico e três ensaios de cone elétrico, lado a lado, em dias consecutivos. A figura 4 apresenta a posição dos ensaios realizados nessa área. Os procedimentos para realização desse ensaio seguem o que precreve a ABNT NBR 12069/91. Figura 4. Posição dos ensaios CPT mecânico e CPT elétrico executados no Campo Experimental de Mecânica dos Solos e Fundação da FEC/UNICAMP.

5 5 METODOLOGIA Tendo en vista as diferenças de procedimentos de cada um dos ensaios, foi necessário aplicar um tratamento dos resultados obtidos para permitir compará-los. No ensaio de cone mecânico as leituras são feitas em intervalos de 20 cm, enquanto nos ensaios de cone elétrico realizados as leituras foram feitas a interválos de 2 cm. De forma a compatibilizar as medidas de qc e fs entre os dois ensaios optou-se em fazer a média entre as leitura de CPT elétrico, 10 cm acima e 10 cm abaixo do ponto correspondente no ensaio CPT mecânico. De posse dos pares de valores de qc e fs mecânico e elétrico, compatibilizados conforme proposição acima, o tratamento dos dados foi realizado assumindo o comportamento distinto de cada camada, segundo sua natureza pedogenética, ou seja, camada de solo coluvionar e outra de solo residual, tendo em vista a grande diferença no comportamento mecânico entre elas. Pôde-se, desta forma, procurar estabelecer a relação entre qc e fs elétrico e mecânico para cada ponto ensaiado. Finalmente realizou-se a média dos valores das relações qcmecânico/qcelétrico e fsmecânico/fselétrico, assim como os respectivos desvios padrão. 6 RESULTADOS Os resultados dos ensaios são apresentados na Figura 5, em termos de perfil de qc e fs médio dos três ensaios mecânicos e elétricos realizados. Destaca-se que a 7 CONCLUSÃO A comparação entre os resultados de ensaios de CPT mecânico e elétrico realizados no Campo Experimental de Mecânica dos Solos e Fundações da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp, levou a valores da relação entre qc mecânico /qc elétrico compatíveis com aqueles apresentados por De Ruiter (1971) e Giacheti et al (2004), tanto na camada coluvionar quanto na camada residual, consequentemente, em todo o perfil investigado pode-se considerar os a interpretação dos resultados foi conduzida segundo a metodologia acima descrita, diferenciando as duas camadas de comportamento distintos. Constatou-se que a relação entre qc mecânico /qc elétrico apresentou um valor médio igual a 0,96 na camada de solo coluvionar, com um desvio padrão iagual a 0,20 e coeficiente de variação de 21%. Para a camada de solo residual o valor médio dessa relação foi igual a 1,20, com um desvio padrão igual 0,80 e coeficiente de variação de 67%. Considerandose todo o perfil de solo, sem diferencia-lo em duas camadas, o valor médio da relação qc mecânico /qc elétrico obtido foi de 1,03, com um desvio padrão igual a 0,50 e coeficiente de variação de 49%. Pode-se dizer que para primeira camada não houve muita dispersão dos resultados, quando comparada a segunda, porém quando se analisa o subsolo como um todo, verifica-se uma razoável dispersão dos resultados. Na camada de solo coluvionar a relação entre fs mecânico /fs elétrico não foi estabelecida, pois os valores de fs medidos com o cone elétrico foram muito baixas, conforme pode ser observado na Figura 5, e muito menores que aqueles medidos com o cone mecânico. Porém, na camada de solo residual, a relação entre fs mecânico /fs elétrico apresentou um valor médio igual 2,13 para o solo residual, com um desvio padrão igual 1,27 e coeficiente de Variação de 59%. Destaca-se que para as medidas de fs a relação entre as medidas de cones mecânico e elétrico, ou seja fs mecânico /fs elétrico, o coeficiente de variação foi elevado, o que indicando a variabilidade para essa relação. relação igual a unidade. Deste modo, em termos práticos, os valores medidos de qc com o mecânico pode ser considerado igual àqueles obtidos com o cone elétrico, possibilitando assim o uso direto de ensaios de CPT elétricos em métodos que utilizaram o CPT mecânico em sua concepção, como o método de Aoki e Velloso (1975) e outros para a estimativa de capacidade de carga em estacas. No horizonte de solo residual, a análise dos valores de fs medidos com esses dois tipos de cone também levou a a uma relação entre fs mecânico /fs elétrico que também está de acordo com

6 a relação apresentada por De Ruiter (1971) e Giacheti et al (2004), ou seja, o atrito lateral medido com o cone mecânico (fs mecânico ) da ordem do dobro do atrito lateral medido com o cone elétrico (fs elétrico ), com um elevado desvio padrão. Por outro lado, na camada coluvionar, o valor dessa relação foi muito maior em função dos baixos valores de atrito lateral medidos com o cone elétrico. É necessário que a relação entre fs mecânico /fs elétrico para essa camada de solo coluvionar seja melhor investigada. Em termos práticos a correlação obtida no horizonte de solo residual é a sugerida, pois está de acordo com os dois autores acima citados. Destaca-se aqui que as diferenças observadas entre fs medidos com esses dois tipos de equipamento impossibilita utilizar diretamente os valores medidos com o CPT elétrico em métodos que utilizaram o CPT mecânico em sua concepção, diferentemente do que foi observado para qc. Figura 5. Resultados de ensaios CPT mecânico e CPT elétrico representados em termos de perfis médios dos três ensaios realizados. De Ruiter (1971) Electronic penetrometer for site AGRADECIMENTOS investigations. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, v. 97, p Giacheti, H. L., Peixoto, A. S. P., Mondelli, G. (2004) Agradecemos ao Conselho Nacional de Comparação entre Resultados de Ensaios de Desenvolvimento Científico e Técnológico Penetração com Cones Mecânico e Elétrico em Solos (CNPq) e ao Fundo de Apoio ao Ensino, à Tropicais, Revista Solos e Rochas, São Paulo, v. 27, Pesquisa e à Extensão (Faepex-Unicamp), pela n. 2, p Gon, F. S., (2011) Caracterização Geotécnica Através de ajuda financeira. Ao técnicos do laboratório de Ensaios de Laboratório de um Solo de Diabásio da solos da Unesp (Bauru), pelo empenho na Região de Campinas. Dissertação de Mestrado, realização dos ensaios. Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, 153p. REFERÊNCIAS Lunne, T.; Robertson, P. K.; Powell, J. (1997). Cone penetration test in geotechnical practice. Blackie Academic Professional, London, 311 p. Albuquerque, P. J. R.; Massad, F.; Carvalho, D.; Ferreira, NBR Solo Ensaio de Penetração de Cone In Situ M. A. M. (2001) Comportamento à compressão de (CPT) Método de ensaio. ABNT, estacas escavadas, hélice contínua e hélice tipo Robertson, P. K.; Cabal, K. L. (2009) Guide to Cone ômega, em solo residual de diabásio. Editora Nobel. Penetration Testing fir Geothecnical Engeneering. Campinas/SP:198p. Greeg Drilling & Testing, Inc, 3ªed.. Aoki e Velloso (1975). An approximate method to Zuquete, L. V. (1987) Análise Critica da cartografia estimate the bearing capacity of piles. V PCSMFE. In: geotécnica e proposta metodológica para condições V Pan-American Conference on Soils Mechanics And brasileiras. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia Foundation Engineering, Buenos Aires, de São Carlos/USP, 673p. proceedings..., Buenos Aires, v.1, p