Mecanica dos Solos - Craig-421-430

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valores G = 32,3 e 27 MPa para o primeiro e o segundo ciclos, respectivamente. Para obter a
resistência ao cisalhamento não drenada, as deformações específicas da cavidade são
convertidas em deformações específicas volumétricas (dV/V) por meio da Equação 7.28, e os
dados são recolocados em um gráfico na forma da Figura 7.13. Isso também é demonstrado na
planilha disponível no site deste livro. É ajustada uma linha reta aos dados, cujo gradiente
fornece cu = 111 kPa. Isso é melhor do que o cu medido em ensaios triaxiais a essa profundidade
na Figura 5.38a.
 
Interpretação dos dados do PMT em solos grossos (G, φ′, ψ)
A análise do ensaio de pressiômetro em um solo drenado é similar à descrita
na seção anterior para solo não drenado, envolvendo a formação de equações
de compatibilidade, equilíbrio e comportamento constitutivo, mas com as
tensões expressas em termos de componentes efetivos em vez de totais. No
entanto, não se pode mais fazer uso do critério de “não haver variação de
volume”, uma vez que a dilatância do solo precisa ser levada em
consideração. Isso torna a lei constitutiva mais complexa. Uma análise
completa é apresentada por Hughes et al. (1977). A análise permite que
sejam determinados valores para o ângulo de resistência ao cisalhamento (φ′)
e para o ângulo de dilatação (ψ), e a obtenção desses parâmetros a partir dos
dados do ensaio de pressiômetro está descrita a seguir.
É comum, assim como para solos finos, fazer um gráfico da pressão da
cavidade em função de sua deformação específica. Uma curva típica de
ensaio é mostrada na Figura 7.16. Se a pressão total da cavidade for
desenhada em um gráfico (Figura 7.16a), a pressão de elevação definirá σh0
como antes. Se, após a expansão da cavidade, o pressiômetro for
completamente descarregado, a pressão na cavidade na qual εc retorna a zero
representa a poropressão inicial no interior do terreno (u0). Esta é constante
ao longo de todo o ensaio, já que não são gerados excessos dela durante a
resistência drenada de cisalhamento do solo (ver Capítulo 5). Os ciclos de
descarregamento–recarregamento costumam ser conduzidos para determinar
G. O gradiente desses ciclos é 2G como antes (Equação 7.30). O solo
permanecerá completamente elástico durante esses estágios, contanto que a
redução da pressão no estágio de descarregamento satisfaça à equação
Figura 7.16 Determinação direta de G, σh0 e u0 em solos grossos a partir dos dados do
ensaio de pressiômetro: (a) curva não corrigida; (b) curva corrigida para
poropressão u0. É comum corrigir posteriormente todas as pressões da
cavidade subtraindo o valor de u0 para obter a pressão efetiva na cavidade p –
u0 (Figura 7.16b). A pressão de elevação identificada a partir desse gráfico
representa, então, a tensão efetiva horizontal in situ σ′h0.
A fim de determinar os parâmetros de resistência (φ′ e ψ), os dados são
colocados outra vez em um gráfico em eixos diferentes (ver a Figura 7.13).
No caso da análise drenada, os dados são recolocados como log(p – u0) em
função de log(εc); caso contrário, os dados corrigidos podem ser recolocados
em eixos log–log. Os dados devem, então, situar-se aproximadamente em
uma linha reta, cujo gradiente é definido como s (Figura 7.17). Uma vez
determinado o valor de s, φ′ e ψ podem ser estimados usando
O ângulo de resistência ao cisalhamento φ′ da Equação 7.33 representa o
valor de pico (φ′máx). Foi feito um gráfico das Equações 7.33 e 7.34 na Figura
7.18 para se encontrar uma solução gráfica. A interpretação dos dados de
resistência se baseia no conhecimento do ângulo de estado crítico da
Figura 7.17
Figura 7.18
resistência ao cisalhamento do solo (φ′cv). É recomendado que isso seja
encontrado a partir de ensaios triaxiais drenados em amostrar soltas do solo,
de forma que as resistências de pico e de estado crítico sejam coincidentes (φ
′cv é independente da compacidade; Capítulo 5). Se esses dados não estiverem
disponíveis, pode-se estimar um valor com base nos ensaios de índices físicos
e caracterização do solo usando a Figura 5.35.
Determinação do parâmetro s a partir dos dados dos ensaios de pressiômetros.
Determinação de φ′ e ψ a partir do parâmetro s.
Exemplo 7.3
A Figura 7.19 mostra os dados de um ensaio de pressiômetro autoperfurante realizado em um
Figura 7.19
depósito de areia. Os dados brutos são fornecidos em formato eletrônico no site da LTC Editora
deste livro. Determine os seguintes parâmetros: σh0, u0; σ′h0; φ′máx; e ψ. Indique ainda se os ciclos
de descarregamento–recarregamento foram conduzidos em uma faixa de tensões adequada
(completamente elástica).
Exemplo 7.3.
Solução
A tensão total horizontal in situ pode ser estimada diretamente a partir da observação da curva
p–εc na Figura 7.19, na qual a pressão de elevação (lift-off) σh0 ≈ 107 kPa. A poropressão in situ
é dada pela interseção com o eixo horizontal da parte de descarregamento da curva em εc = 0
(isto é, a pressão na cavidade ao final do ensaio), fornecendo u0 = 63 kPa. A tensão horizontal
efetiva é, então, encontrada usando o Princípio de Terzaghi: σ′h0 = 107 – 63 = 44 kPa. Para
obter os parâmetros de resistência, as pressões na cavidade são corrigidas para u0, e os dados
são colocados em um novo gráfico sob a forma da Figura 7.17. Isso é mostrado na planilha
disponível no site da LTC Editora que acompanha este livro. É ajustada uma linha reta aos
dados, cujo gradiente fornece s = 0,50. A seguir, esse valor será usado tanto nas Equações 7.33
e 7.34 quanto na Figura 7.18 a fim de fornecer φ′ = φ′máx = 41,2° e ψ = 14,5°. Por fim, calcula-
se Δp pela Equação 7.32 para cada ponto dos dados que empregue a pressão corrigida da
cavidade (p′ = p – u0) e o valor de φ′ encontrado na etapa anterior. Isso é subtraído dos valores
de p (ignorando os próprios ciclos de descarregamento–recarregamento) para fornecer um
local curvo, deslocado dos dados de teste por um valor Δp (mostrado na planilha no site da LTC
Editora). Os ciclos de descarregamento–carregamento não são realizados abaixo dessa linha,
portanto o comportamento esperado é o completamente elástico.
 
7.5 Ensaio de Penetração de Cone (CPT, Cone Penetration Test)
O ensaio de CPT foi descrito no Capítulo 6, no qual seu uso na identificação
e determinação do perfil dos diferentes estratos no interior do terreno foi
demonstrado. Os padrões que definem seu uso como ferramenta de ensaio in
situ são EN ISO 22476, Parte 1 (Reino Unido e Europa) e ASTM D5778
(EUA). Os dados coletados pelo CPT durante a determinação do perfil do
terreno podem ser usados mais tarde a fim de estimar várias propriedades do
solo por meio de correlações empíricas. O CPT é um ensaio muito mais
sofisticado do que os SPT ou FVT descritos antes, que medem apenas um
único parâmetro (número de golpes e torque máximo, respectivamente); até
mesmo o cone básico (CPT) mede dois parâmetros independentes (qc e fs),
enquanto um piezocone (CPTU) amplia essa quantidade para três (u2, além
dos dois parâmetros mencionados), e o cone sísmico mais sofisticado
(SCPTU) mede quatro (qc, fs, u2 e Vs). Em consequência, o CPT pode ser
usado para estimar de modo confiável uma grande variedade de propriedades
do solo, incluindo resistência, rigidez, estado e parâmetros de adensamento.
Além disso, ao contrário do SPT, do FVT e do PMT, em que as medidas só
podiam ser feitas em pontos discretos, o CPT faz medidas contínuas, de
forma que, usando o perfil interpolado do solo, também se pode determinar a
variação completa das propriedades do solo correlacionadas com a
profundidade.
Interpretação dos dados do CPT em solos grossos (ID, φ′máx, G0)
Um grande banco de dados de ensaios CPT em solos grossos está disponível
na literatura. Em tais solos, qc costuma ser usado em correlações conforme o
aumento de compacidade ou da resistência do solo aumenta a resistência à
penetração. Em geral, o atrito da luva (fs) é pequeno e pouco útil na
interpretação, exceto por identificar o solo em questão como grosso. Como a
permeabilidade de depósitos grossos costuma ser alta (Tabela 2.1),não é
necessário corrigir qc para os efeitos da poropressão (Equação 6.2), de forma
que qt ≈ qc, e um cone básico é adequado para a maioria dos ensaios. Na
maior parte das correlações, é normal ajustar a resistência do cone de acordo
com o valor das tensões causadas pelas camadas superiores de solo usando o
parâmetro qc/(σ′v0)0,5
A Figura 7.20 mostra as correlações entre ID e qc/(σ′v0)0,5 para um banco
de dados de aproximadamente 300 ensaios em um intervalo de areias de
sílica e carbonáticas normalmente adensadas (NC), coletados por
Jamiolkowski et al. (2001) e Mayne (2007). Há uma quantidade considerável
de dispersão presente, que é, sobretudo, uma função da compressibilidade do
solo. As linhas de melhor ajuste a serem usadas na interpretação de novos
dados são dadas por
na qual qc e σ′v0 estão em kPa. Para areias de sílica de compressibilidade
média, D = –1,21 e E = 0,584 (linha de melhor ajuste mostrada na Figura
7.20). Para areias de sílica altamente compressíveis, D pode ter um valor alto
como –1,06 (limite superior da envoltória para os dados de ensaios),
enquanto, para solos de muito baixa compressibilidade, D pode ter um valor
baixo como –1,36 (limite inferior da envoltória para os dados dos ensaios); o
valor de E (o gradiente da linha) independe da compressibilidade do solo.
Areias carbonáticas são mais altamente compressíveis do que as de sílica
devido ao fato de seus grãos serem muito quebradiços e de, portanto, os
dados de tais solos se situarem acima dos de sílica (isto é, no lado altamente
compressível do gráfico). A relação entre ID e qc para esses solos pode ainda
ser caracterizada usando a Equação 7.35, mas com D = –1,97 e E = 0,907
(linha também mostrada na Figura 7.20).
Assim como ocorre com o ensaio SPT, os dados do CPT em solos grossos
pode ser relacionado ainda com φ′máx, conforme mostra a Figura 7.21. Os
dados usados para determinar essa relação são os de Mayne (2007) e
mostram uma dispersão muito baixa para solos com pouco conteúdo de finos.
As linhas de melhor ajuste a serem usadas na interpretação de novos dados
são dadas por
Figura 7.20
Figura 7.21
em que φ′máx está em graus, e qc e σ′v0 estão em kPa, como antes.
Determinação de ID a partir dos dados de CPT/CPTU.
Determinação de φ′máx a partir dos dados de CPT/CPTU.
O uso de um cone sísmico (SCPTU) permite fazer sondagens sísmicas
discretas durante um ensaio CPT, de modo que a velocidade da onda de
cisalhamento também seja determinada. O pequeno módulo de elasticidade
transversal (G0) pode, então, ser determinado da mesma maneira que os
métodos geofísicos descritos na Seção 6.7 usando a Equação 6.6:
Interpretação dos dados de CPT em solos finos (cu, OCR, K0, φ′máx,
G0)
Em solos finos, os dados do CPT são mais usados para avaliar a resistência
ao cisalhamento não drenada in situ do solo. Conforme mencionado, o CPT
fornece esses dados de maneira contínua ao longo de toda a profundidade de
tal camada, ao contrário dos ensaios triaxiais em amostras não perturbadas,
que só podem fornecer um número limitado de valores discretos. Os dados do
CPT sempre devem ser calibrados em relação a uma outra forma de ensaio
(por exemplo, ensaios triaxiais de compressão UU ou dados de FVT) em um
dado material, mas, uma vez feito isso, o CPT pode, então, ser usado de
forma direta para determinar cu em outros locais dentro da mesma unidade
geológica.
O processo de calibração descrito anteriormente varia um pouco
dependendo do tipo de cone utilizado, embora o princípio seja idêntico em
cada caso. Se estiverem disponíveis apenas os dados do CPT básico, cu é
determinado usando
em que Nk é o “fator de calibração”. Isso é determinado pelo uso dos
resultados de uma série de ensaios de laboratório (por exemplo, ensaio
triaxial UU), do qual cu é conhecido, e pela interpolação do valor de qc e σv0 a
partir do registro de CPT nas profundidades das quais foram retiradas as
amostras dos ensaios de laboratório (ver Exemplo 7.4). Uma vez determinado
o valor médio apropriado de Nk para uma dada unidade de solo, a Equação
7.37 é aplicada ao registro completo do CPT a fim de determinar a variação
de cu com a profundidade. A Figura 7.22a mostra os valores registrados de Nk
como função do índice de plasticidade para diferentes solos finos destinada à
orientação geral e à verificação de Nk. Veremos que Nk = 15 costuma ser uma
boa aproximação inicial, embora, em argilas fissuradas (essas mostradas são
Figura 7.22
oriundas do Reino Unido), o valor possa ser significativamente maior (isto é,
usar um valor de Nk = 15 superestimaria cu em uma argila fissurada).
Se os dados do CPTU estiverem disponíveis, o processo será o mesmo;
no entanto, qt substituirá qc para que o excesso de poropressão gerado durante
a penetração seja corrigido. Com essa mudança, os fatores de calibração não
serão os mesmos já descritos, e é convencional modificar a Equação 7.37
para ler
Banco de dados de fatores de calibração para determinar cu: (a) Nk; (b) Nkt.
em que Nkt é o fator de calibração para os dados do CPTU. A Figura 7.22b
mostra os valores registrados de Nkt que podem ser vistos como uma função
do parâmetro de poropressão Bq (definido na Figura 6.12). A dispersão dos
dados aqui é muito mais baixa, já que, entre eles, qt e Bq incluem de maneira
implícita os efeitos do sobreadensamento (ver análise a seguir). A linha de
melhor ajuste para os dados é expressa por
Deve-se observar que, na Figura 7.22a, o valor de referência de cu é
aquele dos ensaios triaxiais de compressão UU; para argilas fissuradas, esses
ensaios foram realizados em grandes amostras (100 mm de diâmetro) para
levar em conta os efeitos das fissuras. Em argilas não fissuradas, deve haver
pouca diferença entre os valores de Nk e Nkt para diferentes tamanhos de
amostras triaxiais. Se houver diferentes unidades de argila indicadas em um
único registro (por exemplo, argila marinha mole depositada sobre argila
fissurada), pode ser necessário usar diferentes valores de Nk e Nkt nos diversos
estratos.
Além de determinar as propriedades de resistência não drenada de solos
finos, os dados do CPTU também podem ser usados para estimar o parâmetro
de resistência da tensão efetiva φ′máx. Mayne e Campanella (2005) sugeriram
que esse parâmetro talvez esteja relacionado com a resistência de cone
normalizada Qt = (qt – σv0) / σ′v0 e com o parâmetro da poropressão Bq por
meio de
A Equação 7.40 é válida para 0,1 < Bq < 1,0. Para solos com Bq < 0,1 (isto é,
areias), deve-se usar a Equação 7.36 em seu lugar.
Os dados do CPT também podem ser confiáveis na maioria dos solos
finos para determinar a OCR com a profundidade de forma detalhada e,
assim, quantificar a história de tensões do solo. Com base em um grande
banco de dados de ensaios para argilas não fissuradas, Mayne (2007) sugeriu
que a OCR pode ser estimada usando
Na Figura 7.23, a Equação 7.41 é comparada com os dados das argilas
marinhas depositadas de Lunne et al. (1989), e pode-se ver que o método é
confiável em solos não fissurados. Também está ilustrada na Figura 7.23 uma
zona para argilas fissuradas baseada em um banco de dados adicional menor
de Mayne (2007), no qual o coeficiente na Equação 7.41 deve ser aumentado
para um valor entre 0,66 e 1,65. Dada a larga extensão dessa zona, o CPT
deve ser considerado menos confiável para determinar a taxa de
sobreadensamento (OCR) em solos fissurados e sempre deve ser confirmado
por dados de outros ensaios (por exemplo, dados de ensaios oedométricos).
	Parte 1 - Desenvolvimento de um modelo mecânico para o solo
	7 Ensaios in situ
	7.5 Ensaio de Penetração de Cone (CPT, Cone Penetration Test)