VERSÃO PARA IMPRESSÃO FUNDAÇÕES UIA 2 INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
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3 SUMÁRIO Aula 5 Conhecendo as Investigações Geotécnicas...4 5.1. Métodos de Amostragem... 4! 5.1.1. Poços... 4! 5.1.2. Trincheiras... 5! 5.1.3. Sondagens a Trado, Definida Pela NBR 9603... 5! 5.1.4. Sondagens a Percussão do Tipo SPT (Standard Penetration Test)... 5! 5.1.5. Sondagens Rotativas... 6! 5.1.6. Sondagens Mistas... 6! 5.2. Programa de Investigação... 6! 5.3. Coeficientes de Segurança... 7! Aula 6 Ensaio de Penetração Dinâmica (Standard Penetration Test SPT)... 9! 6.1. Metodologia do Ensaio... 9! 6.2. Medida de Torque no Ensaio SPT... 12! 6.3. Correções de Medidas de N SPT... 12! 6.4. Aplicações dos Resultados... 13! Aula 7 Ensaio de Cone (CPT) e Piezonoce (CPTU)... 14! 7.1. Resultados De Ensaio... 15! 7.2. Relação Entre CPT e SPT... 16! 7.3. Aplicações dos Resultados... 17! 7.4. Novos Equipamentos... 17! Aula 8 Outros Ensaios de Campo... 18! 8.1. Ensaio de Palheta... 18 8.1.1. Princípios do Ensaio... 18! 8.1.2. Fatores Que Influenciam no Resultado... 19! 8.1.3. Interpretação dos Resultados... 19! 8.2. Ensaio Dilatométrico... 20! 8.2.1. Procedimento de Ensaio... 20! 8.2.2. Parâmetros Fornecidos no Ensaio... 21! 8.3. Ensaio Pressiométrico... 22! 8.3.1. Variações do Ensaio... 22! 8.3.2. Procedimento de Ensaio... 22! 8.3.3. Interpretação dos Ensaios... 22! 8.4. Provas de Carga... 23! 8.4.1. Carregamento de Placa... 23! 8.4.2. Estática... 23!
4 Aula 5! CONHECENDO AS INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Acesse o material de estudo, disponível no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), e assista à videoaula.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Olá, estudante, bem-vindo(a) à segunda Unidade de Interação e Aprendizagem (UIA). Nesta aula, faremos uma introdução ao assunto predominante da unidade, ou seja, as investigações geotécnicas! Fique atento e boa aula! 5.1.!MÉTODOS DE AMOSTRAGEM Quando vamos iniciar uma obra, é importante estudar o solo que irá receber a fundação do empreendimento, para isso, a Engenharia dispõe de alguns métodos capazes de analisar o subsolo. Os métodos de sondagem podem ser indiretos ou diretos. Nos métodos indiretos, nós temos a medida das propriedades das camadas do subsolo, que é feita indiretamente pela sua resistividade elétrica ou pela velocidade de propagação de ondas elásticas. Os índices medidos correlacionam-se com a natureza geológica das diversas camadas, podendo-se conhecer suas profundidades e espessuras. Incluem-se nessa categoria os métodos geofísicos. Já os métodos diretos consistem em operações destinadas a observar diretamente o solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração. Nessa categoria, temos os poços, trincheiras, trados manuais, sondagens à percussão, sondagens rotativas etc. A seguir, vamos aprender um pouco mais sobre os métodos diretos. 5.1.1.!POÇOS Os poços são escavados com pá, picareta, balde e sarilho. Destinam-se ao exame das camadas do subsolo ao longo de suas paredes, possibilitando a coleta de amostras deformadas ou indeformadas. Apesar de ter a vantagem de se obter amostras indeformadas com maior facilidade, o seu emprego encontra limitação no seu elevado custo, pois exige onerosos trabalhos de proteção a desmoronamentos e esgotamento d água quando a prospecção descer até o lençol freático.
5 5.1.2.!TRINCHEIRAS A escavação de trincheiras permite obter uma exposição contínua do subsolo ao longo de uma encosta natural, áreas de empréstimo, locais de pedreiras etc. As trincheiras facilitam a caracterização dos perfis geológicos em função dos solos encontrados nas diferentes profundidades, assim como também permitem obter amostras indeformadas mais facilmente. 5.1.3.!SONDAGENS A TRADO, DEFINIDA PELA NBR 9603 Um importante método utilizado para analisar o solo é a sondagem a trado que é realizada com a utilização do trado cavadeira ou do trado helicoidal (ABNT, 2015). Trata-se de processo mais simples, rápido e econômico para as investigações preliminares das condições geológicas superficiais. A finalidade dessa sondagem é a coleta de amostras deformadas (amostras amolgadas), determinação da profundidade do nível d água, identificação dos horizontes do terreno, além de ser adotado na etapa inicial da perfuração para o ensaio de penetração (SPT). A sondagem deve ser iniciada com o trado cavadeira, utilizando-se ponteira para desagregação de terrenos duros ou compactos, quando necessário. Quando o avanço se tornar difícil, deve-se utilizar o trado helicoidal. A sondagem a trato precisa de limites para sua execução, para isso, existem alguns critérios para a sondagem a trado ser dada por terminada. Os casos são os seguintes: quando atingir a profundidade especificada; quando ocorrerem desmoronamentos sucessivos da parede do furo; quando o avanço do trado ou ponteira for inferior a 50 mm em 10 minutos de operação contínua de perfuração. Embora a sondagem a trato seja viável para várias situações ela apresenta como limitações: camadas de pedregulho; pedras e matacões; solos abaixo do nível d água; areias muito compacta. 5.1.4.! SONDAGENS A PERCUSSÃO DO TIPO SPT (STANDARD PENETRATION TEST) O mais famoso dos testes utilizados no Brasil é a sondagem a percussão, um procedimento geotécnico de campo capaz de amostrar o subsolo. Quando associada ao ensaio de penetração dinâmica (Standard Penetration Test SPT), mede a resistência do solo ao longo da profundidade perfurada. As sondagens de simples reconhecimento de solos, com SPT, de acordo com a NBR 6484 (ABNT, 2001) têm por objetivo: a determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência;
6 a posição do nível d água; os índices de resistência à penetração (N) a cada metro. Em resumo, o ensaio SPT consiste na cravação de um amostrador padrão no solo, através da queda livre de um peso de 65 kg (martelo), caindo de uma altura determinada (75 cm). 5.1.5.!SONDAGENS ROTATIVAS Quando utilizamos a sondagem rotativa, usamos uma perfuratriz (sonda rotativa) com coroa diamantada quando o furo de sondagem atinge uma camada de rocha, solo de alta resistência, blocos ou matacões. O objetivo desse ensaio é obter testemunhos (amostras cilíndricas de rochas) que permitam a identificação das descontinuidades do maciço rochoso, assim como realizar ensaios in situ no interior da perfuração, tal como o ensaio de perda d água, que mede a permeabilidade da rocha ou localização de fendas e falhas. 5.1.6.!SONDAGENS MISTAS Entendemos por sondagem mista aquela que é executada à percussão nas camadas penetráveis por esse processo e executada por sondagem rotativa nos materiais impenetráveis à percussão. Os dois métodos são alternados de acordo com a natureza das camadas até que se atinja o limite de sondagem necessário. Recomenda-se a sondagem mista em terrenos com presença de blocos de rocha, matacões, lascas etc. 5.2.!PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO O projetista de fundações deve se envolver com o processo de investigação do subsolo desde seu início. Infelizmente, na prática, isso frequentemente não acontece, e ao projetista é entregue, junto com informações sobre a estrutura para a qual deve projetar fundações, um conjunto de sondagens. Segundo Velloso e Lopes (2010), nesse caso e havendo dúvidas que impeçam o desenvolvimento do projeto, essas sondagens devem ser consideradas uma investigação preliminar, e uma investigação complementar deve ser solicitada.
7 O primeiro passo para uma investigação adequada do subsolo é a definição de um programa, que irá definir as etapas da investigação e os objetivos a serem alcançados. As etapas são: 1.! investigação preliminar; 2.! investigação complementar ou de projeto; 3.! investigação para a fase de execução. Com isso, a investigação preliminar objetiva conhecer as principais características do subsolo. Nessa fase, em geral, são executadas apenas sondagens à percussão, salvo nos casos em que se sabe a priori da ocorrência de blocos de rocha que precisam ser ultrapassados na investigação, quando, então, solicitamse sondagens mistas. O espaçamento ou a malha de sondagens é geralmente regular (por exemplo, um furo a cada 15 ou 20 m), e a profundidade das sondagens deve procurar caracterizar o embasamento rochoso. Já a investigação complementar procura esclarecer as feições relevantes do subsolo e caracterizar as propriedades dos solos mais Fonte: http://tinyurl.com/y9jdwk5d importantes do ponto de vista do comportamento das fundações. Se antes dessa fase já se tiver escolhido o tipo de fundação a ser adotado, outras questões também podem ser esclarecidas. Nessa fase, são executadas mais algumas sondagens, fazendo com que o total atenda às exigências de normas e, eventualmente, realizando-se sondagens mistas ou especiais para a retirada de amostras indeformadas, se forem necessárias. Nessa etapa, são realizados alguns ensaios in situ além do ensaio de penetração dinâmica (SPT), que é executado nas sondagens a percussão, como ensaios de cone (CPT), de placa etc. As amostras indeformadas podem ser utilizadas em ensaios em laboratório, os quais devem ser especificados e acompanhados pelo projetista. A investigação para a fase de execução deve ser indicada também pelo projetista e poderá ser ampliada pelo responsável pela execução da obra. Ela visa confirmar as condições de projeto em áreas criticas da obra, assim consideradas pela responsabilidade das fundações. 5.3.!COEFICIENTES DE SEGURANÇA Quando se pensa em projetar não é simples a escolha do adequado coeficiente de segurança nos cálculos de Mecânica dos Solos! Na literatura técnica, encontramos numerosas regras particulares à natureza de cada obra. Tendo em vista que os dados básicos necessários para o projeto e execução de uma fundação provêm de fontes mais diversas. O Quadro 1 resume os principais fatores a considerar, e o Quadro 2 apresenta valores sugeridos de fatores de segurança a considerar. Veja!
8 Fatores que influenciam na escolha do fator de segurança PEQUENO COEFICIENTE DE SEGURANÇA GRANDE Propriedades dos materiais Influências exteriores tais como: água, tremores de terra, etc Precisão do modelo de cálculo Solo homogêneo Investigações geotécnicas amplas Grande número de informações, medidas e observações disponíveis. Modelo bem representativo das condições gerais Solo não-homogêneo Investigações geotécnicas escassas Poucas informações disponíveis Modelo grosseiramente representativo das condições gerais Consequências em caso de acidentes Consequências financeiras limitadas e sem perda de vidas humanas Consequências financeiras consideráveis e risco de perda de vidas humanas Consequências financeiras desastrosas e elevadas perdas de vidas humanas Quadro 1. Principais fatores a considerar para o coeficiente de segurança. Fonte: Maragon (2009). A determinação da capacidade de carga pode ser feita tanto teoricamente, empregando fórmulas teóricas ou semiempíricas existentes, ou experimentalmente, através da execução de provas de carga. Categoria Estruturas Típicas Características de Categoria Prospecção Completa Limitada A Pontes Ferroviárias, Alto-Forno, Armazéns, Estruturas Hidráulicas, Muros de Arrimo e Silos. Provavelmente ocorrem as máximas cargas de projeto, consequência de ruptura é desastrosa. 3,0 4,0 B Pontes Rodoviárias, Edifícios Públicos e Indústrias Leves. As máximas cargas de projeto apenas eventualmente podem ocorrer, consequências de ruptura são sérias. 2,5 3,5 C Prédios de Escritórios e/ou de Apartamentos Dificilmente ocorrem as máximas cargas de projeto 2,0 3,0 Quadro 2. Valores sugerido para o coeficiente de segurança.fonte: Maragon (2009).
9 Vamos aprender mais? Para assistir a um vídeo sobre aula sobre sondagem à percussão (SPT) ou sondagem de simples reconhecimento, acesse o link a seguir. http://tinyurl.com/y8tcmmms No link seguinte, temos uma descrição/identificação de horizontes. Assista! http://tinyurl.com/ydym8la4! Termina aqui nossa primeira aula desta unidade. Introduzimos conceitos que serão importantes ao longo da disciplina. Continue os estudos desta disciplina e até breve! Aula 6!ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (STANDARD PENETRATION TEST SPT)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Acesse o material de estudo, disponível no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), e assista à videoaula.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Estudantes, esta aula será dedicada ao estudo do ensaio de penetração dinâmica, ou Standard Penetration Test (SPT). Os conceitos apreendidos aqui têm grande valia para a formação nessa área. Continue estudando! 6.1.!METODOLOGIA DO ENSAIO Para se iniciar uma sondagem, monta-se sobre o terreno, na posição de cada perfuração, um cavalete de quatro pernas denominado torre. No topo da torre, é montado um conjunto de roldanas por onde passa uma corda, usualmente de sisal. A sondagem deve ser iniciada com emprego do trado concha (TC) ou cavadeira manual até a profundidade de 1 m, seguindo-se a instalação até essa profundidade, do primeiro segmento do tubo de revestimento dotado de sapata cortante. Deve ser coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado-concha durante a perfuração (amostra zero), até 1 m de profundidade. Na profundidade de 1 m, realiza-se o primeiro ensaio de penetração SPT, acoplando-se, na extremidade de um conjunto de haste de 1, o amostrador padrão. Este é apoiado no fundo do furo aberto com trado-concha ou cavadeira. Após o posicionamento do amostrador padrão conectado à composição de cravação, coloca-se a cabeça de bater e, utilizando-se o tubo de revestimento como referência, marca-se na haste, com giz, um
10 segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm. Em seguida, o martelo deve ser apoiado suavemente sobre a cabeça de bater, anotandose eventual penetração do amostrador no solo. A penetração obtida dessa forma corresponde a zero golpe. Não tendo ocorrido pene tração igual ou maior do que 45 cm, prossegue-se a cravação do amostrador padrão até completar os 45 cm de penetração por meio de impactos sucessivos do martelo padronizado caindo livremente de uma altura de 75 cm, anotandose, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada segmento de 15 cm do amostrador padrão. A soma do número de golpes necessários à penetração dos últimos 30 cm do amostrador é designada por N. Frequentemente, não ocorre a penetração exata dos 45 cm, bem como de cada um dos segmentos de 15 cm do amostrador padrão, com certo número de golpes. Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrando-se o comprimento penetrado (por exemplo, três golpes para a penetração de 17 cm 3/17). A seguir, conta-se o número adicional de golpes até a penetração total ultrapassar 30 cm e, em seguida, o número de golpes adicionais para a cravação atingir 45 cm ou, com o último golpe, ultrapassar este valor. Exemplo: 3/17-4/14-5/15. Quando, com a aplicação do primeiro golpe do martelo, a penetração for superior a 45 cm, o resultado da cravação do amostrador deve ser expresso pela relação deste golpe com a respectiva penetração. Exemplo: 1/58. Quando retirado o amostrador do furo, é recolhida e acondicionada a amostra contida em seu bico. As amostras colhidas devem ser imediatamente acondicionadas em recipientes herméticos e de dimensões tais que permitam receber pelo menos um cilindro de solo colhido do bico do amostrador padrão. Nas operações subsequentes de perfuração, intercaladas às de ensaio (SPT, descrito anteriormente) e amostragem, deve ser utilizado trado helicoidal (TH) até se atingir o nível d água freático Quando observadas Fonte: http://tinyurl.com/y7er6cyc mudanças de tipo de solo no material do corpo do amostrador, a parte que as caracteriza deve também ser armazenada e identificada. Fonte: http://tinyurl.com/y8cgjca2 Durante a operação de perfuração, devem ser anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame
11 tátil-visual e da mudança de coloração de materiais trazidos à boca do furo pelo trado helicoidal ou pela água de circulação. Quando o avanço da perfuração com emprego do trado helicoidal for inferior a 50 mm após 10 min de operação ou no caso de solo não aderente ao trado, passa-se ao método de perfuração por circulação de água (CA), também chamado de lavagem. A cada metro de perfuração, a partir de 1 m de profundidade, devem ser colhidas amostras dos solos por meio do amostrador padrão, com execução de SPT. A circulação de água é realizada com emprego de uma motobomba, uma caixa-d'água com divisória para decantação e um trépano. Figura 1. Equipamento de ensaio SPT Fonte: Lima (1979)
12 6.2.!MEDIDA DE TORQUE NO ENSAIO SPT Esse ensaio consiste na execução do ensaio SPT, normatizado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (NBR 6484 ABNT, 2001) e, logo após terminada a cravação do amostrador, é aplicada uma rotação ao conjunto haste-amostrador com o auxílio de um torquímetro, Figura 2. Durante a rotação, toma-se a leitura do torque máximo necessário para romper a adesão entre o solo e o amostrador, permitindo a obtenção do atrito lateral amostrador-solo. Figura 2. Equipamento para ensaio SPT-T Fonte: http://tinyurl.com/yc83b5go Utilizamos a medida do torque porque possui a vantagem de não ser afetada pelas conhecidas fontes de erros do valor tradicional do SPT (contagem do número de golpes, altura de queda, peso da massa cadente, drapeamento e atrito das hastes, mau estado da sapata cortante, roldana, corda etc.). Outra vantagem desse procedimento é a possibilidade de se obter um valor mais confiável da tensão lateral através do SPT por um custo adicional muito pequeno. Outra medida que também pode ser obtida é a do torque residual, que consiste em continuar girando o amostrador até que a leitura se mantenha constante, quando, então, faz-se uma segunda medida. Basicamente, na prática atual, existem duas correntes de aplicação para o SPT-T: a primeira diz respeito ao estudo da relação T/N para obtenção de parâmetros geotécnicos e correção do valor N do SPT; e a segunda se refere à obtenção do atrito lateral de estacas através da obtenção da adesão-atrito solo-amostrador. 6.3.!CORREÇÕES DE MEDIDAS DE NSPT Como vimos no item anterior, o SPT tem uma probabilidade alta de ocorrer erros. Conhecidas as limitações envolvidas no ensaio, é possível, por meio da interveniência de fatores que influenciam os resultados e não estão relacionados às características do solo, avaliar criticamente as metodologias empregadas na aplicação de valores de N spt em problemas geotécnicos. Para tanto, as abordagens modernas recomendam a correção do valor medido de N spt, levando-se em conta o efeito da energia de cravação e do nível de tensões.
13 6.4.!APLICAÇÕES DOS RESULTADOS O ensaio SPT tem uma primeira utilidade na indicação da compacidade de solos granulares (areias e siltes arenosos) e da consistência de solos argilosos (argilas e siltes argilosos). A NBR 6484 (ABNT, 2001), Sondagem de simples reconhecimento de com SPT método de ensaio, prevê que o boletim de sondagem forneça, junto com a classificação do solo, sua compacidade ou consistência de acordo com a tabela abaixo. Solo N Compacidade/Consistência < 4 Fofa(o) Areia e siltes arenosos 5-8 Pouco compacta(o) 9-18 Mediamente compacta(o) 19-40 Compacta(o) > 40 Muito compacta(o) < 2 Muito mole Argila e siltes argilosos 3-5 Mole 6-10 Média(o) 11-19 Rija(o) > 19 Dura(o) Quadro 1. Relação dos tipos de solos com o número de golpes do ensaio SPT e sua compacidade/consistência. Fonte: ABNT (2001) O ensaio de SPT tem sido usado para inúmeras aplicações, desde amostragem para identificação de ocorrência dos diferentes horizontes, previsão da tensão admissível de fundações diretas, previsão da capacidade de carga de fundações profundas, até correlações com outras propriedades geotécnicas. Para saber mais, acesse o vídeo disponível no link a seguir, no qual é brevemente explicado o processo de como interpretar um laudo de sondagem do tipo SPT. http://tinyurl.com/y9w2zf4v Veja, no vídeo do link a seguir, uma coleta de amostra de solo para ensaios em laboratório. http://tinyurl.com/yak76y7s Finalizamos aqui nossa sexta aula. Ficou com alguma dúvida? Retorne ao conteúdo ou busque esclarecimentos no Fórum de Dúvidas. Senão, passe para nossa aula seguinte. Até lá.!!
14 Aula 7!ENSAIO DE CONE (CPT) E PIEZONOCE (CPTU) Nesta aula, falaremos sobre outros ensaios, o ensaio de cone (CPT) e piezonoce (CPTU). Continue os estudos desta disciplina e boa aula! Segundo Velloso e Lopes (2010), originalmente desenvolvido na Holanda na década de 1930 para investigar solos moles (e também estratos arenosos onde se apoiariam estacas), o ensaio de cone (CPT) se difundiu no mundo todo graças à qualidade de suas informações. Esse ensaio recebeu várias denominações, como ensaio de penetração estática (devido à sua forma de cravação), ensaio de penetração contínua (devido ao fato de fornecer informações quase contínuas nos cones mecânicos e realmente contínuas nos cones elétricos), ou diepsondering (termo dado a esse tipo de ensaio na Holanda). O ensaio consiste basicamente na cravação a velocidade lenta e constante (dita estática ou quase estática) de uma haste com ponta cônica, medindo-se a resistência encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral. No primeiro sistema desenvolvido, o atrito era medido em toda a haste, tendo esse cone hoje em desuso foi conhecido como cone de Delft ou de Plantema. Posteriormente, desenvolveu-se um cone com uma luva de atrito conhecido como cone "de Vermeiden" ou "de Begemann" figura a seguir, que avança primeiramente à ponta e, depois, à luva, para medição alternada da resistência de ponta, q, e do atrito lateral local, f s. Figura 3. Ponteiras de cone mecânico desenvolvida por Begemann A partir da década de 1970, desenvolveu-se um sistema de medição da resistência de ponta e do atrito lateral local através de células de carga elétricas (locais), passando esses tipos de cones a serem conhecidos como cones elétricos. Em seguida, introduziu-se um transdutor (medidor) de pressão da água (associado a um elemento poroso), colocado geralmente próximo a ponta do cone para medição de poro-pressões durante o
15 ensaio. Este último tipo de cone passou a ser chamado piezocone (figura a seguir), e a sigla do ensaio que o emprega passou para CPTu. Figura 4. Componentes do piezocone Desde os cones mecânicos, tem-se procurado normalizar a velocidade de cravação (inicialmente 1 cm/s e atualmente 2 cm/s), a área da ponta do cone em 10 cm 2 e o ângulo da ponta em 600. Um resultado típico desse ensaio é mostrado na Figura 5. No primeiro gráfico, é apresentado um perfil de resistência de ponta e de atrito lateral local. O segundo gráfico apresenta a razão entre o atrito lateral local e a resistência de ponta, R = f s /q, que dá uma indicação do tipo de solo atravessado. O terceiro gráfico apresenta poro-pressões medidas no ensaio o que é possível quando se utiliza um piezocone, podendo-se observar que nas areias a poro-pressão é próxima da hidrostática, enquanto nas argilas ha um excesso de poro-pressão gerado na cravação do cone. Quando se está atravessando uma camada de argila, pode-se parar a cravação e observar a velocidade de dissipação do excesso de poro-pressão, operação conhecida como ensaio de dissipação; e sua interpretação fornece o coeficiente de adensamento horizontal, c. Nesse ensaio, não são retiradas amostras dos solos atravessados e, por isso, é recomendável que esse tipo de investigação seja associado a sondagens à percussão (com retirada de amostras para classificação tátil-visual). 7.1.!RESULTADOS DE ENSAIO A maneira tradicional de apresentação de resultados dos ensaios CPT e/ou CPTu é a plotagem dos valores de resistência de ponta q c, atrito lateral, poro-pressão e demais parâmetros do solo, em função da profundidade de sondagem. O primeiro parâmetro é a razão de atrito, ou seja, a divisão entre o atrito lateral f s e a resistência de ponta q c, resultando em R f.
16 Figura 5. Resultado de um ensaio CPT Fonte: Cunha (2016) 7.2.!RELAÇÃO ENTRE CPT E SPT De acordo com Cunha (2016), na atualidade, é muito utilizado por engenheiros geotécnico a correlação entre os ensaios SPT-CPT. Isso se baseia na disseminação do ensaio SPT no Brasil, pois quase todos os ensaios realizados no país com a finalidade de fundações é do tipo SPT. Assim, vamos explicitar algumas relações existentes entre os dois ensaios, entre elas, algumas assimiladas pelos métodos de dimensionamento de fundações profundas. Mesmo sendo poucos os trabalhos estatísticos que explicitam a correlação entre os ensaios, em alguns dos trabalhos, é possível que os valores calculados tenham sido alcançados a partir de médias de índice de resistência à penetração e resistência de ponta. As correlações mais comumente utilizadas entre os ensaios são aquelas fundamentadas na média aritmética e desenvolvidas a partir de funções lineares. Onde a e k são constantes. q c = KN SPT q c = a + kn SPT Quando foram feitas várias correlações, foi pensado em comparar os valores encontrados com vários diâmetros de grãos (Figura 6).
17 Figura 6. Relação entre qc/nspt com aumento do diâmetro Fonte: Cunha (2016) 7.3.!APLICAÇÕES DOS RESULTADOS O ensaio CPT ou CPT U é indicado principalmente para solos moles e pouco resistentes. Devido à cravação de forma estática, o equipamento apresenta uma considerável dificuldade para ultrapassar solos mais resistentes. 7.4.!NOVOS EQUIPAMENTOS O CPT e o CPT U são equipamentos modernos para situações que exigem um nível de detalhamento maior do que o SPT. Nos dias atuais, já existem o cone e o piezocone com a presença de um sensor sísmico que emite uma onda eletromagnética capaz de mapear o solo.! No link a seguir, você assiste a um vídeo sobre o ensaio CPT. http://tinyurl.com/yarzql36 Neste outro, temos ensaios do tipo CPTU sendo realizados no centro de São Paulo. Acesse! http://tinyurl.com/ybn7t9ck Termina aqui mais uma de nossas aulas! Após vermos sobre os ensaios CPT e CPTU, vamos seguir estudando! Na aula seguinte, veremos outros ensaios de campo.!!
18 Aula 8!OUTROS ENSAIOS DE CAMPO Nesta aula, última da nossa Unidade de Interação e Aprendizagem (UIA), falaremos de outros ensaios de campo, além dos que já tratamos nas aulas anteriores. Continue estudando para desenvolver as competências e habilidades necessárias a essa área de atuação e do conhecimento. 8.1.!ENSAIO DE PALHETA 8.1.1.!PRINCÍPIOS DO ENSAIO O Vane Test foi desenvolvido na Suécia, com o objetivo de medir a resistência ao cisalhamento não drenada de solos coesivos moles saturados. Hoje, o ensaio é normalizado no Brasil pela NBR 10905 da Associação Brasileira de Normas Técnicas.. (ABNT, 1989) O equipamento de realização do ensaio possui uma palheta de aço, formada por quatro aletas finas retangulares, hastes, tubos de revestimentos, mesa, dispositivo de aplicação do momento torsor e acessórios para medida do momento e das deformações (Figura 7). O diâmetro e a altura da palheta devem conservar uma relação 1:2 com diâmetros que variam entre 55, 65, e 88 mm. A medida do momento é feita por anéis dinamométricos e vários instrumentos com molas, que registram o momento máximo aplicado. O ensaio consiste em cravar a palheta e em medir o torque necessário para cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve no entorno da palheta, quando se aplica ao aparelho um movimento de rotação. A instalação da palheta na cota de ensaio pode ser feita, ou por cravação estática, ou utilizando furos abertos a trado e/ou por circulação de água. No caso de cravação estática, é necessário que não haja camadas resistentes sobrejacentes à argila a ser ensaiada e que a palheta seja munida de uma sapata de proteção durante a cravação. Tanto o processo de cravação da sapata quanto o de perfuração, devem ser paralisados a 50 cm acima da cota de ensaio, a fim de evitar o amolgamento do terreno a ser ensaiado. A partir daí, desce apenas a palheta de realização do ensaio. Com a palheta na posição desejada, deve-se girar a manivela a uma velocidade constante de 6º/min, fazendo-se as leituras da deformação no anel dinamométrico de meio em meio minuto, até rapidamente, com um mínimo de 10 rotações, a fim de amolgar a argila e, com isso, determinar a sensibilidade da argila (resistência da argila indeformada/resistência da argila amolgada).
19 Figura 7. Equipamento para ensaio de palheta Fonte: http://tinyurl.com/yab7eyco 8.1.2.!FATORES QUE INFLUENCIAM NO RESULTADO Para o cálculo da resistência não drenada da argila, devem-se adotar as seguintes hipóteses: Drenagem impedida: ensaio rápido. Ausência de amolgamento do solo, em virtude do processo de cravação da palheta. Coincidência de superfície de ruptura com a geratriz do cilindro, formado pela rotação da palheta. Uniformidade da distribuição de tensões, ao longo de toda a superfície de ruptura, quando o torque atingir o seu valor máximo. Solo isotrópico. 8.1.3.!INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS No instante da ruptura, o torque máximo (T) aplicado se iguala à resistência ao cisalhamento da argila, representadas pelos momentos resistentes do topo e da base do cilindro de ruptura e pelo momento resistente desenvolvido, ao longo de sua superfície lateral, dado pela expressão: T = M L + 2M B! Onde: T = torque máximo aplicado à palheta; M L= momento resistente desenvolvido ao longo da superfície lateral de ruptura; M B = momento resistente desenvolvido no topo e na base do cilindro de ruptura, dados por:! " # $ % &'( ) *) +,
20! - # & $% '. +, Onde: D = diâmetro do cilindro de ruptura; H = altura do cilindro de ruptura; C u = resistência não drenada da argila. Substituindo as duas últimas equações na anterior e fazendo-se H = 2D, tem-se o valor da coesão não drenada da argila, expresso pela fórmula: +, # / 0 ) 1 &'. 8.2.!ENSAIO DILATOMÉTRICO 8.2.1.!PROCEDIMENTO DE ENSAIO O ensaio dilatométrico (DMT) foi padronizado em 1986 pela American Society for Testing and Materials (ASTM), assim, o ensaio ficou semelhante em todo o mundo. Para o ensaio, primeiramente, devemos montar o conjunto lâmina-cabos-unidade de controle. O cabo deve ser passado através das hastes metálicas e conectado a lâmina. Devemos atentar para a correta posição que o fio de nylon deve ficar durante a ligação do cabo à lâmina. Isso implica no fechamento do circuito elétrico, esse procedimento é de total importância ao ensaio. Após o cabo passado pelas hastes, ele deve ser conectado à unidade de controle. Nesse momento, já é possível testar o funcionamento do ensaio, ligando-se o fio terra e pressionando levemente com os dedos a membrana. Deve ser ouvido o sinal de áudio. Posteriormente, deve-se conectar o Fonte: http://tinyurl.com/ya2mdyvw cilindro de gás à unidade de controle através de mangueira de ar com o conector adequado ao ensaio DMT. O regulador de pressão do cilindro já deve ser previamente instalado. A continuidade do circuito deve ser verificada. A lâmina é conectada à primeira haste de cravação e o ensaio já está pronto para ser executado. A calibração da membrana pode ser feita em algum momento antes do ensaio e será tratada a seguir. O ensaio tem basicamente quatro passos. O primeiro consiste na inserção vertical da lâmina no solo, até a profundidade onde será feito a primeira leitura de pressões. Depois de finalizada a penetração, o segundo passo é abrir gradualmente a válvula de controle de fluxo. Durante esse tempo, ouve-se um sinal de áudio vindo da unidade de controle. O sinal é interrompido quando a membrana é levantada de seu assento e justamente inicia seu movimento horizontal, ou seja,
21 empurrando o solo. Nesse momento, toma-se a primeira leitura Pressão A (que após correção fornece a medida po). Essa leitura A deve ser obtida de 15 a 30 segundos depois do início do ensaio. O terceiro passo continua com a expansão da membrana, pois a válvula de controle de pressão continua aberta injetando gás no sistema. Durante a expansão, o sinal de áudio permanece desligado e somente retorna quando a lâmina atingir o deslocamento horizontal de 1,1 mm, que sinaliza o operador para a leitura da Pressão B (após correção fornece a medida p1). A leitura B deve ser feita de 15 a 30 segundos após a leitura A. Após, usam-se as válvulas de ventilação e de relaxamento de fluxo para produzir um relaxamento de pressão até que a membrana retorne a sua posição inicial assentada. Opcionalmente, pode-se fazer a leitura C, ventilando-se a pressão após a leitura B rapidamente, até que o sinal da pressão B seja interrompido e, em seguida, despressurizando lentamente até que o sinal seja reativado. Nesse momento, registra-se a pressão C (após correção fornece a medida p2). Acredita-se que, no momento em que a membrana inicia o retorno à sua posição inicial, pela relaxação da pressão do sistema, a água no interior dos grãos imprima na membrana uma pressão similar a poro-pressão. Isso completa a sequência do teste, e a lâmina é avançada com uma velocidade de 2 a 4 cm/s até a próxima profundidade (SILVA, 2008). 8.2.2.!PARÂMETROS FORNECIDOS NO ENSAIO A seguir, serão apresentados os quatro principais parâmetros obtidos com o ensaio DMT. Os parâmetros intermediários são resultados de formulações baseadas nos valores de pressões corrigidas p 0, p 1 e p 2. Índice de material, I D: Argilas: 0,1 I D 0,6. Silte: 0,6 I D 1,8. Areia: 1,8 I D. Índice de tensão horizontal, K D: u 0 = poro-pressão;! vo = tensão vertical efetiva; 2 3 # 4 5 6 4 7 4 7 6 8 7 9 3 # 4 7 6 :8 7 ; <= K D = 2 e constantes com a profundidade - depósitos normalmente adensados; K D = 3 4 e constantes com a profundidade, argila NC, envelhecida ou cimentada; K D 2 valores que não decrescem com a profundidade argilas pré-adensadas; Módulo dilatométrico, E D: E D = 34,7 (P 1 P 0) Índice de poro-pressão da água, U D:
22 4 ( 6 A 7 8 3 # >?@ A 7 @ ; BC # : ; BC 6 A 7 8.3.!ENSAIO PRESSIOMÉTRICO 8.3.1. VARIAÇÕES DO ENSAIO Segundo Marangon (2009), são diversos os tipos de ensaios de laboratório que buscam, com maior grau de sofisticação, representar as condições, com fidelidade e exatidão, possíveis de ocorrências. Entre os principais, temos: ensaio de compressão simples; ensaio de cisalhamento direto; ensaio de compressão triaxial. Dependendo da importância da obra a realizar, das características dos solos e das condições de ocorrência justifica a realização de ensaios com a finalidade específica de obter os parâmetros de resistência ao cisalhamento (c e!). 8.3.2.!PROCEDIMENTO DE ENSAIO! Ensaio de compressão simples: Esse ensaio consiste em se ensaiar os corpos de provas em uma prensa aberta em que só se tem condição de aplicar a pressão axial! 1, uma vez que, sendo a prensa aberta, não há condição de aplicar pressões laterais, isto é,! 3 = 0. Tem-se assim um só círculo e! =0. Logo, só é aplicável a solos puramente coesivos. Ensaio de cisalhamento direto: Esse ensaio direto é o mais antigo procedimento para a determinação da resistência ao cisalhamento e se baseia diretamente no critério de Mohr-Coulomb. Aplica-se uma tensão normal num plano e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a ruptura. Ensaios de compressão triaxial: Nesse sentido do deslocamento da parte superior do corpo de prova, pode se inverter até que a tensão cisalhante se estabilize num valor aproximadamente constante (residual). Nesse ensaio, consegue-se provocar um deslocamento relativo de uma parte do solo sobre a outra muito maior do que se pode atingir em ensaios de compressão triaxial. 8.3.3.! INTERPRETAÇÃO DOS ENSAIOS As curvas de ruptura (tensão x deformação) obtidas nos ensaios de resistência, mostra a ruptura frágil depois de atingir a τ R, a resistência cai acentuadamente ao se aumentar a deformação. Na ruptura plástica, o esforço máximo é mantido com a continuidade da deformação. Pode-se obter assim a chamada resistência residual.
23 Figura 8. Curvas de ruptura (tensão x deformação) 8.4.!PROVAS DE CARGA 8.4.1.!CARREGAMENTO DE PLACA Ensaio realizado de acordo com a NBR 6489 (ABNT, 1984), cujos resultados devem ser interpretados de modo a levar em conta as relações de comportamento entre a placa e a fundação real, bem como as características das camadas de solo influenciadas pela placa e pela fundação. O ensaio de placa é um processo que visa fornecer, por via direta, as resistências e características de deformação do terreno a uma determinada profundidade. Ele é realizado pelo carregamento de uma placa contra o terreno, através de macacos reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio, são registradas as cargas aplicadas x deformações do solo. 8.4.2.!ESTÁTICA Esse ensaio é realizado pelo carregamento de uma estaca até duas vezes a carga de trabalho, através de macacos, reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio, são registradas as cargas aplicadas x deformações do solo. Vamos aprender mais sobre resistência ao cisalhamento por círculo de Mohr? Acesse o link a seguir! http://tinyurl.com/ybdm8wj6 Veja agora, pelo link a seguir, um vídeo que contém um ensaio de carga em placa circular para uma areia seca sem reforço de biofibras. http://tinyurl.com/yb3mfhet
24 Você terminou o estudo desta unidade. Chegou o momento de verificar sua aprendizagem. Ficou com alguma dúvida? Retome a leitura. Quando se sentir preparado, acesse a Verificação de Aprendizagem da unidade no menu lateral das aulas ou na sala de aula da disciplina. Fique atento, essas questões valem nota! Você terá uma única tentativa antes de receber o feedback das suas respostas, com comentários das questões que você acertou e errou. Vamos lá?!
25 REFERÊNCIAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9603: Sondagem a trado Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2015. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6484: Solo Sondagens de simples reconhecimento com SPT Método de ensaio Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2001. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10905: Ensaio de palheta in situ Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 1989. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6489: Prova de carga direta sobre terreno de fundação. Rio de Janeiro: ABNT, 1984. CUNHA, E. E. S. da. Correlações entre resultados de ensaios SPT e CPT para solo arenoso sedimentar. Dissertação (Mestrado) Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. LIMA, M. J. C. P. A. Prospecção geotécnica do subsolo. Rio de JaneiroRJ: Livros Técnicos e Científicos, 1979. MARANGON, M. Apostila de Mecânica dos Solos II da Universidade Federal de Juiz de Fora, 2009. Disponível em: <http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/ms2_unid05-p1.pdf>. Acesso em: 25 jun. 2017. SILVA, F. K. da. Ensaios dilatométricos - DMT em solos de Santa Catarina: estudo comparativo com CPT e SPT. Dissertação (Mestrado) Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. Disponível em: <https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/91917>. Acesso em: 25 jun. 2017. VELLOSO, D. A.; LOPES, F. R. Fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. GLOSSÁRIO Amolgamento: Amolgamento do solo é o fenômeno da perda de resistência de um solo por efeito da destruição de sua estrutura. É o fenômeno responsável pela formação de lama nos solos argilosos. O amolgamento tende a destruir a estrutura original do solo, isto é, elimina as ligações existentes desde a sua formação, e provoca uma redução da resistência.