Ensaios de campo. Correlações.

Transcrição

1 Obras Geotécnicas Ensaios de campo. Correlações. 1

2 Ensaio de penetração dinâmica - SPT Ensaio SPT (Standard Penetration Test): - realizado no interior 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). - o ensaio é realizado em duas fases com penetrações: 1ª fase - penetração de 15cm - devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de furação, despreza-sese o resultado obtido nesta fase. 2ª fase - penetração de 30cm - o número de pancadas necessárias para atingir a penetração de 30cm na segunda fase (ou segunda e terceira fases 15cm+15cm) define o valor do SPT (N). Ensaios de campo. Correlações 2

3 Ensaio de penetração dinâmica - SPT Ensaio SPT (Standard Penetration Test): -oensaioérealizadogeralmentede1,5ma1,5m(espaçamentoentre1a2m)ou quando se detectar alteração do tipo de formações atravessadas. - o ensaio é utilizado principalmente para a caracterização de solos arenosos. - ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é talvez o ensaio mais utilizado naprática para o reconhecimento das condições do terreno. Ensaios de campo. Correlações 3

4 Ensaio de penetração dinâmica i - 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) Ensaios de campo. Correlações 4

5 Ensaio de penetração dinâmica - SPT

6 Ensaio de penetração dinâmica i - 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 têm eficiência da ordem dos 60%; - os equipamentos mais antigos com dispositivo de corda e roldana têm perdas de energia bastante superiores e a eficiência reduz para valores da ordem dos 45%. - Nota: 45%/60% = 0.75 N=20 obtido num equipamento de corda e roldana é equivalente a um resultado de N=15 num equipamento de disparo automático do pilão. Ensaios de campo. Correlações 6

7 Ensaio de penetração dinâmica i - SPT Factor correctivo relacionado com o comprimento das varas (EC7): Comprimento total das varas (m) λ 3 4 0, , ,95 > ,0 Ensaios de campo. Correlações 7

8 Ensaio de penetração dinâmica i - SPT Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7): Tipo de areia Normalmente consolidadas Compacidade I D (%) C N 40 a 60 2/(1+σ v ) 60a80 3/(2+σ v ) Sobreconsolidadas 1,7/(0,7+σ v ) Nota: σ -2 v em kpa x 10, assim para uma tensão efectiva de recobrimento de 100kPa tem-se σ v =1eC N =1 Não são recomendáveis valores de C N superiores a 2 (ou preferivelmente 1,5) Existe na bibliografia uma outra proposta também muito conhecida (independente da compacidade da areia): C N =(1/ σ v )½ (Liao e Whitman, 1985) Ensaios de campo. Correlações 8

9 Ensaio de penetração dinâmica i - 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 Ensaios de campo. Correlações 9

10 EC7. Correlações com carácter informativo Anexo F da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo semi-empíricos e baseados no Standard d Penetration e Test (SPT). Exemplo: N..., granulometria areias: compacidade relativa, φ' Método de cálculo de assentamentos em fundações superficiais Ensaios de campo. Correlações 10

11 Ensaio de penetração dinâmica i 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 aos solos argilosos Ensaios de campo. Correlações 11

12 Ensaios com cone penetrómetro t (CPT/CPTU) Ensaios: -CPT-Cone Penetration Test - CPTU - piezocone com medição da pressão intersticial São considerados d internacionalmente i t como uma das mais importantes t ferramentas de prospecção geotécnica. Princípio do ensaio: - consiste na 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 q c e f s ainda a pressão intersticial da água. Ensaios de dissipação do excesso de pressão intersticial gerado durante a cravação ação do piezocone pe eno solo o podem ser interpretados etados para a a obtenção do coeficiente de consolidação C h (na direcção horizontal). Ensaios de campo. Correlações 12

13 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+(1-a) u c ;a=a N /A C Parâmetros adimensionais: B q, Q t, F r Ensaios de campo. Correlações 13

14 Ensaios de penetração (CPT/CPTU) Sistema de cravação Componentes do equipamento Ensaios de campo. Correlações 14

15 Cone Sísmico (SCPT/SCPTU) Vantagens: rapidez de execução; caracteriza a resistência de ponta e a resistência lateral; caracteriza a estratigrafia. Ensaios de campo. Correlações 15

16 Cone Sísmico (SCPTU) Ensaios de campo. Correlações 16

17 Cone Sísmico (SCPTU) Ensaios de campo. Correlações 17

18 Cone Sísmico (SCPTU) Ensaios de campo. Correlações 18

19 Ensaio de penetração CPT Robertson & Campanella (1983) (R f =f s /q c ) Exemplo de um ensaio CPT em solo sedimentar estratificado Classificação do tipo de solo Ensaios de campo. Correlações 19

20 Ensaio de penetração CPTU Fr [%] Exemplo de um ensaio CPTU em solo sedimentar estratificado Ensaios de campo. Correlações 20

21 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) Ensaios de campo. Correlações 21

22 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 Ensaios de campo. Correlações 22

23 Correlação q c -c u c u =(q c -σ v0 )/N k (CPT) c u =(q t -σ v0 )/N kt (CPTU) Os valores de N k en kt variam, em geral, entre 10 e 20 para argilas normalmente consolidadas. Estes valores podem ser utilizados como valores de referência, mas é desejável determiná-los no local, visando uma maior precisão naobtenção de c u. Ensaios de campo. Correlações 23

24 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, é necessário reconhecer que 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. Ensaios de campo. Correlações 24

25 Correlação q c -N SPT Nota: p a =100kPa Ensaios de campo. Correlações 25

26 Ensaio de corte rotativo (ensaio de molinete ou vane test) O ensaio de corte rotativo é aplicado para a obtenção da resistência não drenadad de solos argilosos moles (com N SPT < 4). O ensaio é realizado, geralmente, no interior de um furo de sondagem. Atingida a profundidade pretendida as pás do equipamento (molinete) são cravadas no terreno e é aplicado um momento de torção. O ensaio permite determinar a resistência não drenada de pico e residual do solo. Ensaios de campo. Correlações 26

27 Ensaio de corte rotativo Caracterização de solos moles (N < 4, máx 7) Pás do molinete Sup. rotura Secção A-A Ensaios de campo. Correlações 27

28 Ensaio de corte rotativo - interpretação do ensaio 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 086M/ u = 0.86 π D 3 = M / D 3 O ensaio permite determinar a resistência não drenada de pico e residual dos solos argilosos Ensaios de campo. Correlações 28

29 Ensaio de corte rotativo - interpretação do ensaio Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se: M Na superfície lateral M1 = τ x Área lateral x braço = τ (π DH)D/2=τ D/2 τ π D 2 H/2 Nas superfícies do topo e da base τ M2 = 2 τ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R 3 Atendendo a que H = 2D e τ = c u M=M1+M2=c M1 M2 = u D 3 7/6 π, ou seja, c u = (6/7 M) / (π D 3 ) = (0.86 M) / (π D 3 ) Factores correctivos Ensaios de campo. Correlações 29

30 Ensaio de corte rotativo ti É de salientar que 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 i 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. Ensaios de campo. Correlações 30

31 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; Ensaios de campo. Correlações 31

32 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) Ensaios de campo. Correlações 32

33 Penetrómetro dinâmico (Dynamic probing tests - DP) EC7. Correlações com carácter informativo Tipo de solo Granulometria I D [%] Ângulo de resistência ao corte efectivo areia-cascalho, areia, areia fina Cascalho, areia-cascalho, aeacasca areia mal graduado (solta) (C U <6) (medianamente densa) > 65 (densa) bem graduado (solta) (6 C U 15) (medianamente densa) > 65 (densa) 30º 32,5º 35º 30º 34º 38º Ensaios de campo. Correlações 33

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

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 Ensaios de campo. Correlações 35

36 EC7. Correlações com carácter informativo Anexos da parte 2 do EC7 (parâmetros derivados d 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) Ensaios de campo. Correlações 36