Mecanica dos Solos - Craig-371-380

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Tabela 6.4
laboratório ou in situ podem ser apresentados no perfil ― a Tabela 6.4
mostra N valores que são o resultado de ensaios de SPT (Standard
Penetration Test), descritos no Capítulo 7. As profundidades nas quais a água
subterrânea foi encontrada e as mudanças subsequentes dos níveis, com a
ocasião em que isso ocorreu, devem ser detalhadas.
Exemplo de perfil de sondagem
A descrição do solo deve estar baseada na distribuição granulométrica
(tamanho das partículas) e na plasticidade, em geral, usando-se o
procedimento rápido pelo qual essas características são avaliadas por
inspeção visual e tato; as amostras deformadas costumam ser usadas com
essa finalidade. A descrição deve incluir detalhes da cor do solo, da forma e
da composição das partículas; se possível, a formação geológica e o tipo de
depósito também devem ser fornecidos. As características estruturais da
massa do solo também precisam estar descritas, mas isso requer um exame
das amostras indeformadas ou do solo in situ (por exemplo, em um poço de
inspeção). É necessário fornecer detalhes sobre a presença e o espaçamento
de aspectos da estratificação, de fissuras e de outras características
pertinentes. O grau de compacidade (ou compacidade relativa) das areias e a
consistência das argilas (Tabela 1.3) devem ser indicados.
6.6 Ensaio de penetração de cone (CPT)
O Penetrômetro de Cone é uma das ferramentas mais versáteis disponíveis
para a exploração de solos (Lunne et al., 1997). Nesta seção, será apresentado
o uso do CPT para identificar a estratificação e os materiais presentes no
terreno. No entanto, a técnica também pode ser usada para determinar uma
grande faixa de valores dos parâmetros geotécnicospadrão desses materiais,
substituindo ou complementando os ensaios de laboratório resumidos na
Seção 6.4. Isso será analisado no Capítulo 7. Além disso, em virtude da
grande analogia entre o CPT e um pilar sujeito a um carregamento vertical, o
primeiro também pode ser usado diretamente no projeto de fundações
profundas (Capítulo 9).
O penetrômetro consiste em um elemento cilíndrico curto, em cujo final
há uma ponteira de formato cônico. O cone tem um ângulo de ápice de 60° e
área de seção transversal de 100 mm2. Ele é empurrado verticalmente para o
interior do terreno usando um equipamento de cravação, a uma velocidade
constante de penetração de 20 mm/s (ISO, 2006). Para aplicações em terreno
firme, o equipamento de cravação costuma ser composto de uma viatura
CPT, que fornece uma massa de reação em consequência de seu peso próprio
(em geral, 15–20 t). Uma carga de 20 t (200 kN) permitirá normalmente uma
penetração aproximada de 30 m em areias densas ou argilas rijas (Lunne et
al., 1997). Para investigações mais profundas nas quais se encontrem
Figura 6.9
resistências à penetração maiores, a carga pode ser ainda mais aumentada ou
o equipamento pode ser ancorado temporariamente no solo (Figura 6.9). À
medida que o instrumento penetra, são colocadas hastes de cravação
adicionais com o mesmo diâmetro dele para aumentar seu comprimento.
Cabos que passam através do centro das hastes de cravação transportam
dados dos instrumentos no interior do penetrômetro para a superfície. Em um
cone elétrico-padrão (CPT), uma célula de carga entre ele e o corpo do
instrumento registra, continuamente, a resistência à penetração do cone
(resistência da ponta do cone qc), sendo usada uma luva de atrito para medir a
resistência ao cisalhamento da interface (fs) ao longo do corpo cilíndrico do
instrumento. Tipos diversos de solo exibirão proporções diferentes de atrito
da luva para resistência final: por exemplo, os pedregulhos costumam ter fs
baixo e qc alto, ao passo que as argilas têm alto fs e baixo qc. Examinando um
banco de dados extenso com informações de ensaios CPT, Robertson (1990)
propôs um gráfico que pode ser usado para identificar os tipos de solo com
base em versões normalizadas desses parâmetros (Qt e Fr), o que é mostrado
na Figura 6.10.
Esquema do Ensaio de Penetração de Cone (CPT, Cone Penetrometer Test)
mostrando a terminologia-padrão.
Para um cone CPT-padrão, qt é aproximado de qc. No entanto, durante a
penetração, o excesso de pressão neutra em torno do cone aumentará, em
particular, em solos finos, que reduzem qc de forma artificial. Piezocones
mais sofisticados (CPTU) incluem a medição localizada do excesso de
pressões neutras em torno do cone que são induzidas pela penetração. Elas
são medidas, em geral, logo atrás do cone (u2), embora também possam ser
feitas medições no cone em si (u1) e/ou na outra extremidade da luva de atrito
(u3), conforme ilustra a Figura 6.11. Quando tais medições são feitas, a
resistência corrigida do cone qt é determinada por
O parâmetro a é um fator de correção de área que depende do penetrômetro e,
em geral, varia entre 0,5 e 0,9. Como antes, solos distintos apresentarão
diferentes variações de pressão neutra durante a penetração: solos grossos
(areias e pedregulhos) gerarão pouco excesso de pressão neutra graças à sua
alta permeabilidade, ao passo que os solos finos, de permeabilidade mais
baixa, exibirão valores maiores de u2. Se o solo estiver fortemente
sobreadensado, u2 pode ser negativo. A medida da pressão neutra u2 fornece,
portanto, um terceiro parâmetro contínuo que pode ser usado para identificar
os tipos de solo por meio do gráfico mostrado na Figura 6.12 (Robertson,
1990). Se os dados de CPTU estiverem disponíveis, as Figuras 6.10 e 6.12
devem ser usadas para determinar o tipo de solo. Em alguns casos, os dois
gráficos podem fornecer interpretações diferentes das condições do terreno.
Nessas situações, é necessário bom senso para identificar qual é a
interpretação adequada. As sondagens de CPT também podem ter dificuldade
para identificar camadas de solo intercaladas (Lunne et al., 1997).
Figura 6.10
Figura 6.11
Gráfico de classificação dos tipos de solos com base em dados normalizados
de CPT (reproduzido de acordo com Robertson, 1990).
Esquema do piezocone (CPTU).
Como os dados são registrados continuamente com o aumento da
profundidade durante uma sondagem CPT, a técnica pode ser usada para
produzir um perfil do terreno que mostre a estratigrafia e a classificação,
Figura 6.12
similar a um perfil de furo de sondagem. Um exemplo do uso dos gráficos de
identificação precedentes é mostrado na Figura 6.13. O ensaio CPT é rápido,
relativamente barato e tem a vantagem de não deixar um grande espaço vazio
no terreno, como no caso de um furo de sondagem ou de um poço de
inspeção. No entanto, tendo em vista as dificuldades de interpretação
mencionadas anteriormente, os dados de CPT são mais eficientes para
“preencher as lacunas” entre os furos de sondagem muito espaçados. Nessas
condições, o uso dos gráficos de CPT(U) para identificação dos solos pode
ser esclarecido pelas observações dos furos de sondagem. Os dados do
CPT(U) fornecem, então, informações úteis sobre como variam os níveis de
diferentes estratos de solo no local e podem identificar inclusões localizadas
de material duro ou de vazios talvez omitidos pelos furos de sondagem.
Gráfico de classificação dos tipos de comportamento de solo com base nos
dados normalizados de CPTU.
Figura 6.13 Exemplo mostrando o uso dos dados do CPTU para fornecer informações
sobre o terreno.
Em face da grande quantidade de dados gerados em uma sondagem
contínua CPT e do fato de que os tipos de comportamento do solo (zonas 1–9
nas Figuras 6.10 e 6.12) se enquadram em intervalos definidos pela grandeza
dos parâmetros medidos, a interpretação da estratigrafia do solo a partir dos
dados do CPT tira grande proveito da automação/informatização. Pode-se
verificar na Figura 6.10 que os limites entre as zonas 2–7 são
aproximadamente arcos circulares, com uma origem em torno do canto
superior esquerdo do gráfico. Robertson e Wride (1998) quantificaram o raio
desses arcos por meio de um parâmetro Ic:
em que Qt e Fr são a resistência de ponta normalizada e o coeficiente de
atrito, conforme definido na Figura 6.10. A Figura 6.14 mostraas curvas
Figura 6.14
desenhadas usando a Equação 6.3 para valores de Ic que representam da
maneira mais fiel os limites do solo da Figura 6.10. Usar uma única equação
para definir o tipo de comportamento do solo torna o processamento dos
dados do CPT adequado para a análise automatizada que usa uma planilha,
aplicando a Equação 6.3 a cada ponto de dado de ensaio. Uma ferramenta de
planilha, CPTic_CSM8.xls, que implementa o método Ic pode ser encontrada
no site da LTC Editora complementar a este livro. Deve-se tomar cuidado ao
usar o método, porque ele não identificará de forma correta os tipos de solo 1,
8 e 9 (Figura 6.10); no entanto, para um uso mais frequente, o método Ic
fornece uma ferramenta valiosa de interpretação das informações
estratigráficas oriundas das sondagens CPT.
Classificação do tipo de comportamento do solo usando o método Ic.
6.7 Métodos geofísicos
Sob determinadas condições, os métodos geofísicos podem ser úteis na
investigação do terreno, em especial, no estágio de reconhecimento. No
entanto, não são apropriados para todas as condições do terreno, e há
limitações para a informação que pode ser obtida; dessa forma, eles devem
ser considerados, sobretudo, métodos suplementares. Só é possível encontrar
limites dos estratos se as propriedades físicas dos materiais adjacentes forem
significativamente diferentes. É sempre necessário comparar os resultados
Tabela 6.5
com os dados obtidos por métodos diretos, como a sondagem de perfuração e
o CPT. Os métodos geofísicos podem produzir resultados rápidos e
econômicos, tornando-os úteis para o preenchimento de informações entre
furos de sondagem muito espaçados ou para indicar onde podem ser
necessários furos adicionais. Os métodos também podem ser eficientes para
estimar a profundidade até o substrato rochoso ou o lençol freático ou, ainda,
para localizar objetos metálicos enterrados (por exemplo, granadas de
artilharia não explodidas) e espaços vazios. Eles podem ter particular
utilidade na investigação de locais sensíveis contaminados, uma vez que
esses não são métodos intrusivos ― ao contrário da sondagem e do CPT. Há
diversas técnicas geofísicas, baseadas em princípios físicos diferentes. Três
delas estão descritas a seguir.
Refração sísmica
O método de refração sísmica baseia-se no fato de que as ondas sísmicas têm
velocidades diferentes em tipos diversos de solo (ou de rocha), conforme
apresentado na Tabela 6.5; além disso, as ondas são refratadas quando
cruzam o limite entre tipos diferentes de solo. O método permite que sejam
determinados os tipos gerais do solo e as profundidades aproximadas até os
limites dos estratos ou o substrato rochoso.
Velocidades das ondas de cisalhamento de materiais geotécnicos comuns (de
acordo com Borcherdt, 1994)
Tipo de solo/rocha Velocidade da onda de cisalhamento, Vs (m/s)
Rochas duras (por exemplo, metamórficas) 1400+
Rochas firmes a duras (por exemplo, ígneas, conglomerados, sedimentares
competentes)
700–1400
Solos com pedregulhos e rochas macias (por exemplo, arenito, xisto, solos com >
20% de pedregulho)
375–700
Argilas rijas e solos arenosos 200–375
Solos moles (por exemplo, aterros soltos submersos e argilas moles) 100–200
Solos muito moles (por exemplo, solo pantanoso, solo recuperado) 50–100
 
As ondas são geradas pela detonação dos explosivos ou pelo golpe de um
	Parte 1 - Desenvolvimento de um modelo mecânico para o solo
	6 Investigação do terreno
	6.6 Ensaio de penetração de cone (CPT)
	6.7 Métodos geofísicos