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Investigação geotécnica Técnicas atuais de ensaios de campo Eng. Antônio Sérgio Damasco Penna RESUMO • Sondagem a percussão “SPT” • Dilatômetro de Marchetti “DMT” • Ensaio de penetração de cone estático com medidas de pressões neutras “CPTU” • Ensaio de palheta “Vane – Test” “VST” • Pressiômetro de Ménard “PMT” • Parâmetros geotécnicos • Interação solo x estrutura Publicado em 2009 SPT CPTu DMT VST PMT 1)Atlanta–USA 1998 2)Porto-Portugal 2004 3)Taipei – Taiwan 2008 4)Recife – Brasil 2012 Ensaios de campo X Ensaios de laboratório • LABORATÓRIO : poucas amostras, pouca representatividade do todo, mas são mais precisos; • CAMPO : são menos precisos, mas amostragem é quase integral, todas as camadas são reconhecidas; • CONCLUSÃO : Hoje em dia o maior uso e o maior desenvolvimento das técnicas, está nos ensaios de campo. UTILIZAÇÃO SPT reconhecimento inicial, camadas, amostras, nível d’água, compacidade, consistência; CPTu camadas,resistência,deformabilidade, tempo de adensamento; DMT camadas, resistência, deformabilidade; VST resistência, sensibilidade; PMT resistência e deformabilidade SONDAGEM A PERCUSSÃO SPT NBR-6484 - ABNT HISTÓRICO DA SONDAGEM A PERCUSSÃO “SPT” •1902 – Charles R. Gow – início da coleta de amostra “seca”, com tubo cravado; •1927 – Raymond Concrete Pile Company, amostrador de 3 partes (cabeça, corpo e sapata); •1944 – IPT no Brasil, início do uso sistemático; •1958 – Primeira Norma ASTM Designation D 1586-58T – atual D 1586-99 •1977 – Primeira Norma da ABNT •2001 – Norma atual ABNT NBR – 6484 de fev. de 2001 QUANTIDADE DE SONDAGENS •ABNT-NBR-8036 de junho de 1983 •“Programação de sondagens de simples reconhecimentos dos solos para fundações de edifícios” •Quantidade e profundidade das sondagens, para o reconhecimento de um terreno. MEDIÇÃO DE TORQUE EM SONDAGENS • criado em 1988 – Prof. Dr. Stélvio M. T. Ranzini; • informação adicional importante; •grandeza física, em unidade de Kgf x m; •medida por instrumento de precisão. Torquímetro de ponteiro para determinação do atrito entre o solo e o amostrador. REPRESENTATIVIDADE DO ENSAIO “SPT” Considerada, pela norma brasileira de fundações, NBR-6122 da ABNT “indispensável em qualquer porte de obra”. A amplitude de informações de uma sondagem é muito grande: a) coleta de amostras a cada metro de profundidade, permitindo a classificação táctil e visual dos materiais atingidos; b) identificação do início e fim de cada camada de solo, pela observação do material aderido ao trado ou pela observação da água de lavagem; c) avaliação da profundidade do lençol freático e de eventual artesianismo ou lençol empoleirado; d) avaliação da consistência ou compacidade das argilas ou das areias, respectivamente, pelo número de golpes “SPT”, necessários para a cravação do amostrador padrão. ABNT “Simples” reconhecimento CONCLUSÃO SONDAGEM “SPT” É um procedimento excelente para o primeiro reconhecimento geotécnico de um terreno. ENSAIO DE PENETRAÇÃO DE CONE ESTÁTICO COM MEDIDA DE PRESSÃO NEUTRA CPTu NORMA ABNT – NBR 12069 HISTÓRICO DO ENSAIO “CPT” •Holanda – Barentsen - 1932 – cria o sistema; •Holanda – Begemann – 1950 – consolida o uso e cria a luva de atrito lateral; •Brasil - Estacas Franki – inicia o uso no final da década de 1950; •Noruega – Janbu – 1974 – cria o piezocone CPTu – ensaio com medidas de pressões neutras; •Brasil – ABNT – 1991 – Solo – Ensaio de Penetração de cone “in-situ”CPT – não menciona leitura de pressões neutras Cone eletrônico Norma ABNT 1)Não menciona as leituras de pressões neutras; 2)Em ensaios especiais de campo a evolução é muito rápida e o desejável é usar normas internacionais, como Eurocode e ASTM. Referência em ensaios CPTu Publicado em 1997 OUTROS NOMES • Piezocone • CPT • Ensaio de cone • Ensaio de penetração estática (EPC) • Deep sounding Simpósio internacional 240 participantes 40 países Só ensaios de cone Huntington Beach – USA Maio - 2010 CONE ELETRÔNICO - Atual Resultados de um ensaio CPTu 0 4 8 12 16 20 24 28 0 20 40 60 qt (MPa) D e p t h ( m e t e r s ) 0 4 8 12 16 20 24 28 0 500 1000 fs (kPa) u b (kPa) 0 4 8 12 16 20 24 28 -200 0 200 400 600 800 qt ub fs Detalhe da pedra porosa de medida de pressões neutras SATURAÇÃO DAS PEDRAS POROSAS Medidas a cada 1,0 cm 100 informações de cada parâmetro, por metro São 3 parâmetros, portanto são 300 informações por metro As informações são apresentadas em unidades de pressões (Kpa) Resistência de ponta e resistência de atrito lateral (a proporção entre as duas é a “razão de atrito”) Pressão neutra desenvolvida no processo de perfuração Equipamento de cravação Cone mecânico Cone de Begmann com luva de atrito (mecânico) Estratigrafia Região litorânea Espírito Santo Região litorânea Espírito Santo Região litorânea Espírito Santo Região litorânea Espírito Santo Resistência ao cisalhamento dos solos Solos grossos - Areias Comportamento drenado Critério de Mohr - Coulomb Solos finos - Argilas Comportamento não drenado Critério de Tresca Solos grossos - Areias Ângulo de atrito Solos finos - Argilas Coesão em condição não drenada Teste de dissipação de sobrepressão neutra (Nos ensaios “in-situ”as heterogeneidades estão presentes) (CPTu não é piezômetro) SPT CPTu CONCLUSÃO ENSAIO “CPTu” É um procedimento excelente para complementar o reconhecimento estratigráfico do terreno e medir propriedades de resistência, deformabilidade e de tempo de adensamento. Ensaio com o dilatômetro de Marchetti DMT EQUIPAMENTO Unidade de controleDetalhe lâmina HISTÓRICO • Desenvolvido em 1975 pelo Prof. Silvano Marchetti (Roma – Itália) • Atualmente em uso em 40 países NORMAS INTERNACIONAIS • ASTM “Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer Test” - D6635-01 • Eurocode 7 - Geotechnical Design - Part 3 - “Design assisted by field testing” - Section 9 - “Flat Dilatometer Test (DMT)” • Não há norma brasileira ! Simpósio Internacional Comemorativo de 30 anos Ensaio DMT Washington – USA 2006 E Q U I P A M E N T O DETALHES DA LÂMINA E DA FIXAÇÃO DA MEMBRANA Passagem da mangueira ÍNDICE DO MATERIAL (Id) 0O 01 d μP PP I Nos solos argilosos, a pressão “P1” é apenas um pouco maior do que a pressão “P0”, enquanto nos solos arenosos, essa diferença é bem maior. Profundidade (m) Pr es sõ es "P 0" e "P 1" (K gf /cm 2) P0 P1 Profundidade (m) Pr es sõ es "P 0" e "P 1" (K gf /cm 2) P0 P1 SOLOS FINOS SOLOS GROSSOS Resultados: “baixos” valores de “Id” Resultados: “altos” valores de “Id” • Índice ligado aos vazios e à compressibilidade • Identifica o “comportamento granulométrico” • É um adimensional • Difere do SPT, que é absoluto e não se usa interpretar como proporção do estado de tensões VALORES DO ÍNDICE DO MATERIAL “Id” 0,1 0,35 0,60 0,90 1,20 1,80 3,30 10 Argilas sensíveis e turfas Argilas puras Argilas siltosas Siltes argilosos Siltes puros Siltes arenosos Areias siltosas Areias puras ARGILAS SILTES AREIAS TIPO DE SOLO COM BASE NA OBSERVAÇÃO DO COMPORTAMENTO 0O 01d μP PP I GUARULHOS/SP MÓDULO DILATOMÉTRICO (Ed) Esse índice “Ed”, é obtido diretamente das leituras “P0” e “P1 De acordo com a teoria da elasticidade: π 2 E μ1 σ D 2 onde “D” é o diâmetro da membrana e “ ” é a diferença de pressão aplicada (P1 - P0) Para = 1,10 mm; D = 6,0 cm; = P1 – P0 (Kgf/cm 2) e definindo como módulo dilatométrico “Ed” a proporção 21 E Ed , resulta: O parâmetro “Ed” representa uma “proporção elástica”, ou seja, exprime a relação entre o módulo de elasticidade do solo (E) e o coeficiente de Poisson do solo ( ). 21 E Ed )P34,7(PE 0,64 E 1 )P(P 6,00,11 01d d 01 Classificação Compacidade Consistência Peso específico ÍNDICE DE TENSÃO HORIZONTAL (Kd) VO 0 d σ' μPo K 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 Índice de tensão horizontal "Kd" Pr of un did ad e ( m) Solos normalmente adensados Parâmetro “Kd” na faixa de solos normalmente adensados (entre 1,8 e 2,3) •Representa a própria definição de “Ko” •A introdução da lâmina altera o repouso •Identificação do histórico de tensões •Em solos sobreadensados Kd > 2,3 •Índice normalizado com a tensão efetiva BAIRRO DA MOÓCA – SÃO PAULO/SP SP-02 ALEMOA – SANTOS/SP CORRELAÇÕES • Muito estudadas no mundo todo; • Sempre buscam a relação com os ensaios de laboratório; • O critério recomendado é entender como índices e usar diretamente em projetos. “STANDARD” • SPT – Standard Penetration Test (diferente em cada lugar do mundo); • Ensaios especiais (CPTu, DMT, VST e PMT) seguem um mesmo padrão internacional; • A execução dos ensaios especiais independe do operador. Ensaio com o pressiômetro de Ménard PMT (não há norma brasileira) HISTÓRICO Desenvolvido por Louis Ménard na França em 1955 Em 1963 L. Ménard publica a aplicação direta ao cálculo da capacidade de carga e recalques de fundações Norma ASTM Eurocode O ensaio PMT é rotina na França A experiência acumulada na França é muito grande Publicação de 1978 Jean-Louis Briaud Texas A&M University Publicado em 1992 Concentra o conhecimento internacional sobre o assunto Publicação de 1995 1.Perfuração com circulação de água interna ao revestimento 2.Remoção da ferramenta de perfuração 3.Limpeza interna 4.Introdução do pressiômetro 5.Execução do ensaio Pressiômetro O processo de perfuração com rotativa é o que permite atingir os solos mais fortes A base teórica de análise é a teoria de expansão de uma cavidade cilíndrica Pressiômetro O único ensaio que mede deformação e resistência limite Perfuração com tubo fendido (lanterna chinesa) Os ensaios são executados a partir do fundo do furo O módulo pressiométrico é determinado com base na inclinação do trecho linear da curva; A pressão limite é determinada quando a cavidade espandida atinge o dobro do volume da sonda. Valores típicos de pressão limite e módulo pressiométrico ENSAIO DE PALHETA “IN-SITU” VANE - TEST VST NORMA ABNT – MB - 3122 HISTÓRICO Desenvolvido na Suécia em 1919 No Brasil é executado desde 1949 Em 1989 foi publicada a norma brasileira da ABNT EQUIPAMENTO ANTIGO Mecânico (manual) ABNT – MB 3122 Em ensaios especiais de campo a evolução é muito rápida e o desejável é usar normas internacionais, como Eurocode e ASTM. Simpósio internacional Tampa – USA - 1987 Equipamento atual - eletrônico Equipamento atual - eletrônico Resultado típico Resultados típicos SENSIBILIDADE (Skempton & Northey) Sensibilidade das argilas Os solos mais estudados do Brasil • Argilas terciárias de São Paulo • Argilas moles do Rio de Janeiro • Argilas marinhas de Santos • E as areias ????????????????????? • Só com os ensaios de campo ! PARÂMETROS GEOTÉCNICOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS • Resistência • Deformabilidade • Histórico de tensões • Sensibilidade • Tempo de adensamento ENSAIOS DE CAMPO • Resistência………….......CPTu, DMT, VST, PMT • Deformabilidade…………DMT, PMT • Histórico de tensões…...DMT • Sensibilidade……………..VST • Tempo de adensamento..CPTu Resistência ao cisalhamento dos solos Solos grossos - Areias Comportamento drenado Critério de Mohr - Coulomb Solos finos - Argilas Comportamento não drenado Critério de Tresca Envoltória completa Coesão e ângulo de atrito Só com ensaios de laboratório Misturar coesão de ensaio rápido com ângulo de atrito de ensaio lento é muito errado !!! Simpósio DMT Washington 2006 INTERAÇÃO SOLO X ESTRUTURA Deformação é o condicionante fundamental em fundações O ensaio de maior representatividade nas avaliações é o DMT A expectativa de se conseguir simular a interação do solo com a estrutura é com o ensaio DMT Exemplo de um edifício no Morumbi TO EQUIVALENT FOOT SHADED AREA CORRESPONDS D C BB B 34870 KN 34690 KN 44110 KN 14830 KN 15090 KN 4280 KN 3300 KN 3850 KN 4420 KN 3410 KN 2970 KN 19400 KN 5230 KN 19590 KN 5160 KN B DA C 620 17 80 800 51 5 795 54 0 380 40 0 255 33 0 360 40 0 385 40 0 260 33 0 300 39 5 540 94 0 235 60 0600 16 75 565 91 0 225 61 5 600 16 75 Sapata fictícia de cálculo COB Legenda CM 27 Situação na Leitura inicial Lo 26 25 Concretagem 24 23 Fechamento de paredes 22 21 13/10/05 20 19 18/11/05 18 17 21/12/05 16 15 01/02/06 14 13 02/03/06 12 11 06/04/06 10 9 18/05/06 8 7 20/06/06 - nota: houve um alívio de carga (cimbramentos, etc) 6 5 4 3 2 1 T 1S 2S EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES Rua Domingos Lopes Silva -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 31/8/2005 30/9/2005 31/10/2005 30/11/2005 31/12/2005 31/1/2006 28/2/2006 31/3/2006 30/4/2006 31/5/2006 30/6/2006 31/7/2006 31/8/2006 Período Re ca lqu e ( mm ) P19 P21 P23 P32 P34 COB Legenda CM 27 Situação na Leitura inicial Lo 26 25 Concretagem 24 23 Fechamento de paredes 22 21 13/10/05 20 19 18/11/05 18 17 21/12/05 16 15 01/02/06 14 13 02/03/06 12 11 06/04/06 10 9 18/05/06 8 7 20/06/06 - nota: houve um alívio de carga (cimbramentos, etc) 6 5 4 3 2 1 T 1S 2S EDILAR - CONTROLE DE RECALQUES Rua Domingos Lopes Silva -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 31/8/2005 30/9/2005 31/10/2005 30/11/2005 31/12/2005 31/1/2006 28/2/2006 31/3/2006 30/4/2006 31/5/2006 30/6/2006 31/7/2006 31/8/2006 Período Re ca lqu e (m m ) P1 P3 P5 P7 P10 P12 RECALQUES FINAIS PREVISTOS -10.24mm -16,50mm -23.10mm -30.00mm -6.38mm -9,57mm -17.0mm -23.3mm-19.5mm -13.75mm P21 P12 P3 P10 P1 P7 P32 P34 P19 P23 A B B A C.M.=44.72 C.M.=38.93 C.M.=43.07 C.M.=39.95 C.M.=85.71 C.M.=68.15 C.M.=68.15 C.M.=29.42 C.M.=48.12 C.M.=52.47 C.M.=27.77 RECALQUES FINAIS PREVISTOS Secção longitudinal 44.0040.0036.0032.0028.0024.0020.0016.0012.008.004.000.00 -1.00 -3.00 -5.00 -7.00 -8.00 -6.00 -4.00 -2.00 0.00-9.00 -10.00 -12.00 -13.00 -11.00 -15.00 -16.00 -14.00 -17.00 -18.00 -19.00 -21.00 -22.00 -20.00 -23.00 -24.00 -25.00 -27.00 -28.00 -26.00 -29.00 -30.00 Re ca lqu es (m m ) Distância em metros SECÇÃO "A-A" 1 500 950 1 1 500 P21 P7 P23 P1 P19 P34 P3 C.M.=21.40 -13.9mm P21 C.M.=43.40 -17.4mm P23 C.M.=20.70 -20.7mm P34 C.M.=45.20 -8.5mm P32 C.M.=59.4 -7.2mm P12 C.M.=70.20 P10 -15.1mm C.M.=30.00 -17.2mm P3 C.M.=35.80 C.M.=34.80 -21.0mm P19 C.M.=33.60 P1 -20.5mm C.M.=35.90 -12.3mm P7 MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL 3.45% 12.07% 19% 100% -5.00 0.00 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 -30.00 -35.00 Carregamento Média dos recalques (mm) 27,5% 40% 49% 61% 72.5% 78%75.5% MÉDIA DOS RECALQUES MEDIDOS X PORCENTAGEM DO CARREGAMENTO EVOLUÇÃO DOS RECALQUES Recalques edifíco Morumbi -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 0,0 0% 10 ,00 % 20 ,00 % 30 ,00 % 40 ,00 % 50 ,00 % 60 ,00 % 70 ,00 % 80 ,00 % Porcentagem carregada Re ca lq ue (m m ) P1 P3 P5 P7 P10 P12 P19 P21 P23 P32 P34 MEDIÇÃO COM 78,0% DA CARGA TOTAL 44.0040.0036.0032.0028.0024.0020.0016.0012.008.004.000.00 -1.00 -3.00 -5.00 -7.00 SECÇÃO "A-A" -8.00 -6.00 -4.00 -2.00 0.00 P10 P12 P3P34P19P1P23P21 P7 Re ca lqu es (m m) Distância em metros -9.00 -10.00 1 500 P32 -12.00 -13.00 -11.00 1 500 -15.00 -16.00 -14.00 -17.00 -18.00 -19.00 -20.00 -5.00 0.00 ESCALA H=1:200 ESCALA V=1:0.2 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 -30.00 -35.00 P12 P32P10P3P34P19P1P23P21 P7 13/10/05 18/11/05 12.07% 19.00% 3.45% Re ca lqu es (m m) Distância em metros 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00 40.00 44.00 21/12/05 27.50% 01/02/06 40.00% 02/03/06 49.00% 06/04/06 61.00% PREVISÃO 0.00 72.50% 18/05/06 20/06/06 03/08/06 78% 75.5% PREVISÃO EVOLUÇÃO DOS RECALQUES E COMPARAÇÃO COM A PREVISÃO OBRIGADO BOM FUTEBOL !!
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