Mecanica dos Solos - Craig-431-440

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Figura 7.23 Determinação da taxa de sobreadensamento (OCR) a partir dos dados do
CPTU.
O CPT também pode ser usado para estimar as tensões horizontais in situ
no terreno. A taxa entre a tensão horizontal efetiva in situ ( ) e a tensão
vertical efetiva in situ ( ) é expressa por
em que K0 é o coeficiente de empuxo lateral (em repouso). Kulhawy e
Mayne (1990) apresentaram uma correlação empírica para K0 a partir dos
dados do CPTU, significando que o CPT também pode fornecer informações
sobre o estado de tensões in situ no interior do terreno:
Uma vez determinado o valor de σ′h0 por meio das Equações 7.42 e 7.43,
pode-se encontrar a tensão horizontal total adicionando a poropressão in situ
(Princípio de Terzaghi). A correlação representada pela Equação 7.43 é
mostrada na Figura 7.24. Há uma dispersão considerável nos dados, de forma
que o CPT só pode ser usado para interpretar K0 se não houver outros dados
disponíveis. Caso se exija um valor mais preciso, deve-se usar o PMT para
Figura 7.24
medir de forma direta as tensões horizontais in situ, a partir das quais é
possível determinar K0 usando a Equação 7.42.
Estimativa de K0 a partir dos dados do CPTU.
Da mesma maneira que nos solos grossos, o uso de um cone sísmico
(SCPTU) permite medidas de G0 a partir da velocidade da onda de
cisalhamento a ser feita, por meio da Equação 6.6.
Exemplo 7.4
Os dados do CPTU são mostrados na Figura 7.25 para a argila Bothkennar do Exemplo 7.1. A
Figura 7.26 mostra os dados do ensaio de laboratório, oriundos de um ensaio triaxial UU e de
um ensaio oedométrico para o mesmo solo. Ambos os conjuntos de dados são fornecidos sob a
forma eletrônica no site da LTC Editora complementar a este livro. Usando os dois conjuntos de
dados: (a) determine o valor de Nkt apropriado para o CPT nessa unidade geológica; (b)
determine a variação da taxa de sobreadensamento (OCR) com a profundidade a partir dos
dados do CPTU e a compare com os dados do ensaio oedométrico.
Figura 7.25
Figura 7.26
Exemplo 7.4: Dados do CPTU.
Exemplo 7.4: Dados do ensaio de laboratório.
Solução
Inicialmente, são encontrados os valores de σv0, u0 e em cada profundidade amostrada com
o CPTU usando o peso específico do solo e as informações do lençol freático (Exemplo 7.1). Os
parâmetros CPT normalizados (Qt, Fr e Bq) podem, então, ser encontrados. Uma estimativa
Figura 7.27
inicial para Nkt é fornecida e usada na Equação 7.38 para determinar o valor de cu em cada
profundidade amostrada durante o ensaio. Em seguida, é feito um gráfico da resistência ao
cisalhamento não drenada em função da profundidade tanto para os dados do ensaio CPT
quanto para os do ensaio triaxial. O valor de Nkt pode ser ajustado de forma manual até haver
uma boa correspondência entre os dois conjuntos de dados. Como alternativa a esse método
manual de tentativa e erro, os valores de cu do CPT podem ser interpolados a cada uma das
profundidades do ensaio triaxial. A diferença entre esses valores e os do ensaio triaxial pode,
então, ser encontrada a cada profundidade, além de ser possível calcular a soma dos quadrados
das diferenças. Dessa forma, o valor de Nkt que fornece o melhor ajuste pode ser encontrado
pela minimização da soma dos quadrados das diferenças usando uma rotina de otimização
(sujeita à restrição de Nkt ser positivo). Isso fornece Nkt = 14,4, e os dois conjuntos de dados de
resistência não drenada são comparados na Figura 7.27. A taxa de sobreadensamento (OCR) é
determinada diretamente a partir dos dados do CPT usando a Equação 7.41. O processamento
dos dados do ensaio oedométrico é idêntico ao descrito no Exemplo 7.1 e é comparado aos
dados do CPTU na Figura 7.27, mostrando boa concordância.
Exemplo 7.4: Comparação de cu com a taxa de sobreadensamento
(OCR) a partir do CPTU e de ensaios de laboratório.
Figura 7.28
Tabela 7.3
Exemplo 7.5
A Figura 7.28 mostra dados de CPTU de um local no Canadá. Os dados do ensaio SPT desse
espaço são apresentados na Tabela 7.3. Ambos os conjuntos de dados são fornecidos sob a
forma eletrônica no site da LTC Editora que complementa este livro. O local foi identificado,
tanto nos registros dos perfis de sondagem quanto no do ensaio CPTU, como consistindo em 15
m de areia de sílica sobrepondo-se a uma argila mole. O peso específico de ambos os solos foi
estimado em γ ≈ 17 kN/m3, e o nível do lençol freático está 2 m abaixo do nível do terreno
(BGL, below ground level). Determine a compacidade relativa e o ângulo de atrito de pico da
camada de areia e a resistência ao cisalhamento não drenada da camada de argila usando
ambos os bancos de dados.
Exemplo 7.5: Dados do CPTU.
Exemplo 7.5: Dados do SPT
 
Profundidade
(m)
1,3 3,4 5,1 6,7 8,2 9,8 11,3 12,8 14,3 15,2 17,3 19,0 21,2 22,6
N60 2 3 6 17 15 24 19 17 6 4 4 4 6 6
 
Solução
Inicialmente, os dados do CPTU são processados como no Exemplo 7.4 (são encontrados σv0, u0,
σ′v0, Qt, Fr e Bq). Para os dados do que está abaixo da profundidade de 15 m (areia), a
compacidade relativa (ID) é encontrada em cada profundidade amostrada usando a Equação
7.35 com D = –1,21 e E = 0,584 (são usados os parâmetros de melhor ajuste, porque não há
informações a respeito da compressibilidade da areia). O ângulo de atrito de pico é encontrado
de maneira similar usando a Equação 7.36. Abaixo da profundidade de 15 m (na argila), cu é
determinado a cada profundidade amostrada, sendo Nkt encontrado a partir de Bq por meio da
Equação 7.39. Para os dados do SPT, em primeiro lugar, são determinados σv0, u0 e σ′v0 a cada
profundidade do ensaio. Em seguida, os valores de σ′v0 são usados para determinar os fatores de
correção (CN) a cada profundidade por meio da Equação 7.3, com A = 200 e B = 100 (na
ausência de qualquer informação mais detalhada a respeito da granulometria). Esses valores
são usados para determinar o número de golpes corrigido (N1)60, a partir do qual se tem um
valor aproximado da compacidade relativa para ensaios até a profundidade de 15 m usando
(N1)60/ID
2 = 60, seguido da determinação dos valores de φ′máx com base na Figura 7.4. Para os
pontos do ensaio abaixo de 15 m que estão na argila, as resistências não drenadas ao
cisalhamento são determinadas diretamente a partir do número de golpes normalizados (N60)
usando cu/N60 ≈ 10 (isto é, admitindo uma argila mole, não fissurada e insensível na ausência
de quaisquer informações mais detalhadas). Os parâmetros obtidos a partir dos dados do CPTU
e do SPT são comparados na Figura 7.29 e mostram concordância razoável. Os dados do SPT
indicam uma previsão um pouco menos correta de φ′máx se comparados com os do CPTU
(embora a tendência seja similar), sugerindo que a areia seja sobreadensada (ver Figura 7.4).
Figura 7.29 Exemplo 7.5: Interpretação das propriedades do terreno a partir do CPTU
e do SPT.
 
7.6 Seleção do(s) método(s) de ensaio in situ
A Seção 6.4 descreveu os parâmetros que poderiam ser determinados a partir
dos vários ensaios de laboratório para ajudar no projeto de um programa de
investigação de terreno. É possível fazer o mesmo com os ensaios in situ
descritos neste capítulo e no anterior. A Tabela 7.4 resume as características
mecânicas que podem ser obtidas a partir de cada tipo de ensaio in situ,
incluindo aqueles mencionados na Seção 7.1, mas que não foram descritos
com detalhes (DMT, PLT). Será mostrado na Parte 2 deste livro (Capítulos
8–13 inclusive) que os métodos modernos de design exigem que tanto os
parâmetros de rigidez quanto os de resistência verifiquem se um nível
apropriado de desempenho será atingido de forma rigorosa. Isso é um
contraste com os métodos “tradicionais” mais antigos, que confiavam apenas
nos parâmetros de resistência e aplicavam fatores globais altamente
empíricos de segurança para garantir o desempenho adequado. A prevalência
Tabela 7.4
dos métodos “tradicionais” até pouco tempo atrás explica a popularidade do
SPT, pois ele pode determinar os parâmetros de resistência necessários, ainda
que seja simples, rápido e barato. Espera-se que, ao longo dos próximos anos,
oCPT e o PMT tornem-se mais populares no uso geral, já que podem
fornecer dados confiáveis tanto de resistência quanto de rigidez do solo.
 
Obtenção das propriedades principais do solo por meio de ensaios in situ
Parâmetro SPT FVT PMT CPT DMT PLT
Características de
adensamento: mv, Cc
Propriedades de rigidez:
G, G0
G G0* (SCPTU) G, G0* SIM
Propriedades de
resistência drenada: ϕ′,
c′
SIM SIM SIM SIM SIM
Propriedades de
resistência não drenada:
cu (in situ)
SIM SIM SIM SIM SIM SIM
Propriedades do estado
do solo: ID, OCR, K0
ID K0(via σh0) ID OCR (K0) TODOS
Permeabilidade: k SIM† SIM‡
 
Notas: * Usando um instrumento sísmico (isto é, SCPTU ou SDMT). †Por meio de um ensaio de dissipação em um piezocone (CPTU ou
SCPTU) — isto é, interrompendo a penetração e medindo o decaimento de u2 (ver Leituras Complementares).
‡ Interrompendo a expansão DMT e medindo o decaimento da pressão da cavidade (ver Leituras Complementares).
O uso final também deve ser levado em consideração para determinar a
técnica in situ a ser utilizada. Para o projeto de fundações rasas (Capítulo 8),
o PLT é útil, uma vez que o procedimento de ensaio é representativo da
construção final (em particular, em termos da definição da rigidez
apropriada). Para fundações profundas (Capítulo 9), o CPT costuma ser o
preferido, em virtude da grande semelhança entre uma sonda CPT e uma
estaca prensada. No caso de estruturas de contenção (Capítulo 11), são
preferidos o PMT e o DMT por ser muito importante definir de forma precisa
as pressões laterais de terra em tais problemas, e esses ensaios são mais
confiáveis para conseguir isso.
1
2
3
Resumo
Os ensaios in situ podem ser um instrumento precioso para avaliar as propriedades
constitutivas do terreno. Em geral, uma massa muito maior de solo é influenciada durante
tais ensaios, o que pode ser vantajoso em relação aos ensaios em laboratório em pequenas
amostras de determinados solos (por exemplo, argilas fissuradas). Os ensaios também
podem remover muitas das questões associadas à amostragem, embora, em vez disso, se
deva dedicar atenção à perturbação do solo que pode ocorrer durante a instalação do
dispositivo do ensaio. Os dados coletados em ensaios in situ complementam (em vez de
substituir) os ensaios em laboratório e o uso de correlações empíricas (Capítulo 5). O uso dos
ensaios in situ pode reduzir de maneira drástica a quantidade de amostragem e de ensaios
em laboratório exigidos, desde que eles sejam calibrados de acordo com, pelo menos, uma
pequena quantidade de ensaios de alta qualidade em laboratório. Dessa forma, eles podem
ser bastante valiosos para a investigação do custo-benefício de grandes locais.
Os quatro ensaios in situ principais realizados na prática são (sem dúvida) o Ensaio de
Penetração Dinâmica (SPT, Standard Penetration Test), o Ensaio de Palhetas (FVT, Field Vane
Test), o Ensaio de Pressiômetro (PMT, Pressuremeter Test) e o Ensaio de Penetração de Cone
(CPT, Cone Penetration Test). Os dois primeiros são os mais simples e mais baratos e são
usados para determinar as características de resistência de solos grossos (SPT) e finos (FVT); o
SPT também pode ser usado em solos finos mais rijos com grande cautela. Os dois últimos
ensaios (PMT e CPT) representam dispositivos modernos fazendo uso de sensores
miniaturizados e registros de dados/controle computacional para medir vários parâmetros,
fornecendo dados mais detalhados e aumentando sua faixa de aplicação. Esses ensaios são
aplicáveis tanto em solos grossos quanto em finos e podem ser usados para determinar de
maneira confiável as características de resistência e as de rigidez do solo por meio de modelos
teóricos (PMT) ou correlações empíricas (CPT).
Demonstrou-se que, por meio da aplicação de dados reais de ensaios em solo, as planilhas
são uma ferramenta útil para o processamento e a interpretação de um conjunto detalhado
de dados de ensaios in situ; além disso, elas são essenciais para o processamento de dados de
dispositivos computadorizados de PMT e CPT, que fornecem saída digital. No site da LTC
Editora que complementa este livro, foram fornecidos modelos digitais dos exemplos
detalhados e discutidos neste capítulo, utilizando dados de todos os quatro ensaios
mencionados.
7.1
Tabela 7.5
7.2
7.3
Problemas
A Tabela 7.5 apresenta o número de golpes SPT corrigido para um
local que consiste em 5 m de silte sobreposto a um depósito espesso
de areia de sílica limpa. Esses dados são fornecidos sob a forma
eletrônica no site da LTC Editora complementar a este livro. O peso
específico saturado de ambos os solos é γ ≈ 16 kN/m3, e o lençol
freático está 1,6 m abaixo do nível do terreno (BGL, below ground
level). Determine a compacidade relativa média e o ângulo de atrito de
pico da areia entre 10 m e 20 m abaixo do nível do terreno (BGL).
Problema 7.1
Profundidade
(m)
N60 (golpes) Profundidade
(m)
N60 (golpes) Profundidade (m) N60 (golpes)
1,32 4 11,27 23 21,06 35
2,50 10 12,29 22 22,21 27
3,29 7 13,39 30 23,16 28
4,30 2 14,34 29 24,32 24
5,34 8 15,20 19 25,20 30
6,44 11 16,34 9 26,08 30
7,31 10 17,33 30 27,10 30
8,41 12 18,28 30 28,12 32
9,29 18 19,23 34 29,25 11
10,40 24 20,25 30 30,22 22
 
A Figura 7.30 apresenta os resultados de um ensaio de pressiômetro
autoperfurante realizado a uma profundidade de 10,4 m abaixo do
nível do terreno (BGL) no depósito de areia descrito no Problema 7.1.
Os dados são fornecidos sob a forma eletrônica no site da LTC Editora
complementar a este livro. Determine os seguintes parâmetros: σh0, u0,
σ′h0, φ′máx e ψ. Encontre também o valor de G do ciclo de
descarregamento–carregamento.
A Figura 7.31 apresenta os resultados de um ensaio CPT realizado no
	Parte 1 - Desenvolvimento de um modelo mecânico para o solo
	7 Ensaios in situ
	7.6 Seleção do(s) método(s) de ensaio in situ
	Resumo
	Problemas