Obra Obr s Geotécnicas Geotécnicas Ensaios de de Campo Campo. Correlações Jaime A. Santos

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1 Obras Geotécnicas Ensaios de Campo. Correlações Jaime A. Santos

2 Ensaio de penetração dinâmica SPT O ensaio SPT (Standard Penetration Test) é realizado no interior de um furo de sondagem e 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 de 15cm e 30cm, respectivamente. Devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de furação, despreza-se o resultado obtido na primeira fase. 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). 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. O ensaio é utilizado principalmente para a caracterização de solos arenosos. Trata-se de um ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é talvez o ensaio mais utilizado na prática para o reconhecimento das condições do terreno. Ensaios de campo. Correlações 1

3 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 2

4 Ensaio de penetração dinâmica i SPT Factor correctivo relacionado com a energia de cravação (ER r /60): Considerou-se para efeitos de normalização uma eficiência de 60% para o sistema de cravação, ação isto é, só 60% da energia potencial (produto da massa pela altura de queda do pilão) atinge o extremo inferior do equipamento. Os equipamentos com dispositivo de disparo automático do pilão apresentam uma eficiência da ordem dos 60%, enquanto que os equipamentos mais antigos em que é necessário elevar e largar o martelo através de um dispositivo de corda e roldana, as perdas de energia são bastante superiores e a eficiência reduz para valores da ordem dos 45%. (Nota: 45% / 60% = 0.75 Assim, por exemplo, um resultado de 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 3

5 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 4

6 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 ) 60 a 80 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 5

7 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 6

8 Ensaios com cone penetrómetro t (CPT/CPTU) Os ensaios CPT (Cone Penetration Test) e CPTU (piezocone com medição da pressão intersticial) são considerados internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de prospecção geotécnica. O 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 ef 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 C h (no direcção horizontal). Ensaios de campo. Correlações 7

9 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 8

10 Ensaios de penetração (CPT/CPTU) Sistema de cravação Componentes do equipamento Ensaios de campo. Correlações 9

11 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 10

12 Ensaio de penetração CPTU Fr [%] Exemplo de um ensaio CPTU em solo sedimentar estratificado Ensaios de campo. Correlações 11

13 Classificações com base no CPTU Ensaios de campo. Correlações 12

14 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 13

15 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 na obtenção de c u. Ensaios de campo. Correlações 14

16 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 15

17 Correlação q c -N SPT Nota: p a =100kPa Ensaios de campo. Correlações 16

18 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 17

19 Ensaio de corte rotativo Pás do molinete Sup. rotura Secção A-A Componentes do equipamento Ensaios de campo. Correlações 18

20 Ensaio de corte rotativo - interpretação do ensaio Hipóteses (EC7): comp. isotrópico i - 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 Ensaios de campo. Correlações 19

21 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 ) Ensaios de campo. Correlações 20

22 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 21

23 Anexos (com carácter informativo) da parte 2 do EC7 Anexos D Cone Penetration Test (CPT) Anexos F Standard Penetration Test (SPT) Anexo I Field Vane Test (FVT) Anexos K Plate loading test (PLT) Ensaios de campo. Correlações 22