ME5- ensaio de campo

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Ensaios de campo
Jaime A. Santos (IST)
Mestrado em Engenharia de Estruturas
Fundações de Estruturas
Ensaio SPT (Standard Penetration Test)
- realizado na base de um furo de sondagem;
- consiste em cravar no terreno um amostrador com dimensões e energia de 
cravação normalizadas (pilão com 63,5 kg de massa e altura de queda de 760mm);
- realizado em três fases com penetrações de 15cm, respectivamente.
- devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de furação, desprezam-
se os resultados obtidos na primeira fase;
- o número de pancadas necessárias para atingir a penetração de 30cm (segunda e 
terceira fase) define o valor de N (SPT).
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Ensaio SPT (Standard Penetration Test)
-o ensaio é utilizado principalmente para a determinação das propriedades 
mecânicas dos solos arenosos.
- o ensaio é realizado geralmente de 1,5m a 1,5m (espaçamento entre 1 a 2m) ou 
quando se detectar alteração do tipo de formações atravessadas.
- ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é talvez o ensaio mais utilizado na 
prática para o reconhecimento das condições do terreno.
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Correlações “desactualizadas” com base no valor de N
Factores correctivos:
(N1)60 = ERr/60 •λ• CN• N ...
ERr – eficiência
λ - factor de correcção do 
comprimento das varas 
CN – factor de correcção da 
tensão efectiva de recobrimento
(areias)
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com a energia de cravação (ERr/60):
- normalização: eficiência de 60% para o sistema de cravação (só 60% da energia 
potencial,produto da massa pela altura de queda do pilão, atinge o extremo inferior do 
equipamento).
- equipamentos com dispositivo de disparo automático do pilão: eficiência da ordem 
dos 60%;
- equipamentos com dispositivo de corda e roldana (mais antigos): eficiência reduz para 
valores da ordem dos 45%.
-Nota:
45% / 60% = 0.75, logo:
N=20 obtido num equipamento de corda e roldana é equivalente a
N=15 num equipamento de disparo automático do pilão.
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com o comprimento das varas (EC7):
Comprimento total das varas (m) λ
3 – 4 0,75
4 – 6 0,85
6 – 10 0,95
> 10 1,0
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7):
Tipo de areia Compacidade 
relativa ID(%)
CN
Normalmente
consolidadas
40 a 60 2/(1+σ’v)
60 a 80 3/(2+σ’v)
Sobreconsolidadas 1,7/(0,7+σ’v)
Nota: σ’v em kPa x 10-2, assim para uma tensão efectiva de
recobrimento de 100kPa tem-se σ’v=1 e CN=1
Não são recomendáveis valores de CN superiores a 2 (ou 
preferivelmente 1,5)
Ensaio de penetração dinâmica SPT
)materialb,a()ba(IN:)(Skempton vD →σ′+= 2601986
Exemplo:
Terreno arenoso (NC) com γ=20kN/m3
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Importância dos factores correctivos
z [m] N60 (N1)60
4 10 0,75 x 200/(100+4x20) x 10 = 8,3
20 20 1,0 x 200/(100+20x20) x 20 = 8,0
Anexo F da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo 
semi-empíricos baseados no Standard Penetration Test SPT.
Exemplo:
N..., granulometria → areias: compacidade relativa, φ'
Método de cálculo de assentamentos em fundações superficiais
EC7. Correlações com carácter informativo
Penetrómetro dinâmico
(Dynamic probing tests - DP) 
- consiste em cravar no terreno um cone por acção de 
da queda livre de uma massa;
- a resistência à penetração é definida como o número 
de pancadas necessárias para cravar o penetrómetro
uma dada distância (10 ou 20 cm) - N10 ou N20;
- é efectuado um registo contínuo e não existe recolha 
de amostra;
Penetrómetro dinâmico
(Dynamic probing tests - DP) 
Existem diferentes versões do ensaio em função da 
massa utilizada:
- Dynamic probing light - DPL (m=10kg)
- Dynamic probing medium - DPM (m=30kg)
- Dynamic probing heavy - DPH (m=50kg)
- Dynamic probing super heavy - DPSH (m=63,5kg)
Penetrómetro dinâmico
(Dynamic probing tests - DP) 
EC7. Correlações com carácter informativo
Tipo de solo Granulometria ID [%] Ângulo de
resistência ao 
corte efectivo
areia-cascalho,
areia,
areia fina 
mal graduado
(CU<6)
15 - 35 (solta)
35 - 65 
(medianamente 
densa)
> 65 (densa)
30º
32,5º
35º
Cascalho,
areia-cascalho,
areia
bem graduado
(6 ≤CU≤15)
15 - 35 (solta)
35 - 65 
(medianamente 
densa)
> 65 (densa)
30º
34º
38º
Areia mal graduada (CU < 3) acima do NF
ID = 0,15 + 0,260 log N10 (DPL)
ID = 0,10 + 0,435 log N10 (DPH)
Areia mal graduada (CU < 3) abaixo do NF
ID = 0,21 + 0,230 log N10 (DPL)
ID = 0,23 + 0,380 log N10 (DPH)
Areia/Cascalho bem graduado (CU > 6) acima do NF
ID = –0,14 + 0,550 log N10 (DPH).
Consistência de argilas
Consistência N (SPT) qu (kPa)
Muito mole < 2 < 30
Mole 2 a 4 30 a 50
Média 4 a 8 50 a 100
Dura 8 a 15 100 a 200
Muito dura 15 a 30 200 a 400
Rija > 30 > 400
qu – resistência à compressão simples
O factor de correcção CN não é aplicável para os solos argilosos
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Ensaios com cone penetrómetro (CPT/CPTU)
Os ensaios:
CPT (cone penetration test)
CPTU (piezocone com medição da pressão intersticial)
- são considerados internacionalmente como uma das mais importantes
ferramentas de prospecção geotécnica;
Princípio do ensaio:
- cravação no terreno de uma ponteira cónica (60º de ângulo de abertura) a 
uma velocidade constante de 20mm/s.
- a secção transversal do cone apresenta uma área de 10cm2.
No ensaio CPT medem-se as resistência de ponta e lateral: qc e fs.
No ensaio CPTU mede-se ainda a pressão intersticial da água.
Ensaios de dissipação do excesso de pressão intersticial gerado durante a 
cravação do piezocone no solo podem ser interpretados para a obtenção do 
coeficiente de consolidação na direcção horizontal Ch.
Ensaios de penetração (CPT/CPTU)
Ensaio CPT
Resistência de ponta: qc [FL-2]
Resistência lateral: fs [FL-2]
Razão de atrito: Rf=fs/qc
Ensaio CPTU
Resistência de ponta corrigida: qt
qt = qc+ (1-a)•u ; a = AN/AC
Parâmetros adimensionais:
Bq , Qt , Fr
AC
ANu
Ensaios de penetração (CPT/CPTU)
Componentes do equipamentoSistema de cravação
Cone Sísmico (SCPT/SCPTU)
Vantagens:
ƒrapidez de execução;
ƒcaracteriza a resistência de ponta e a
resistência lateral;
ƒcaracteriza a estratigrafia.
Cone Sísmico (SCPTU)
Cone Sísmico (SCPTU)
Cone Sísmico (SCPTU)
Ensaio de penetração CPT
Classificação do solo
Robertson & Campanella (1983)
(Rf=fs/qc)
Ensaio de penetração CPTU
Classificações com base no CPTU (Robertson, 1990)
1 – Solo fino sensível
2 – Solos orgânicos – turfas
3 – Argilas - argilas a argilas siltosas
4 – Misturas siltosas - argilas siltosas a siltes argilosos
5 – Misturas arenosas - siltes arenosos a areias siltosas
6 – Areias - areias siltosas a areias limpas
7 – Areias a areias com cascalho
8 – Areias a areias argilosas muito compactas (cimentadas)
9 – Solos finos muito duros (fortemente sobreconsolidados)
Anexo C da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo 
semi-empíricos baseados no Cone Penetration Test CPT.
Exemplo:
qc, fs, granulometria → areias: compacidade relativa, φ', Es
Métodos de cálculo para fundações superficiais
Métodos de cálculo para fundações por estacas
EC7. Correlações com carácter informativo
Correlação qc-cu
cu=(qc-σv0)/Nk (CPT)
cu=(qt-σv0)/Nkt (CPTU)
Os valores de Nk e Nkt variam, em geral, entre 10 e 20. Estes 
valores podem ser utilizados como valores de referência, mas é
desejável determiná-los no local visando uma maior precisão na 
obtenção de cu.
Ensaios de campo. Correlações 28
Correlaçãoqc-NSPT
Nota: pa=100kPa
29
Correlação qc-NSPT
Os ensaios SPT e CPT são provavelmente os ensaios mais utilizados 
em todo o mundo.
É desejável, por isso, estabelecer correlações entre as medidas dos 
dois ensaios.
Existem diversas propostas de correlações do tipo qc-NSPT expressas 
em função da diâmetro “médio” das partículas (D50).
Infelizmente, os dados do ensaio SPT utilizados nestas correlações 
não foram corrigidos tendo em conta a energia de cravação, as perdas 
de energia nas varas, etc.., o que pode explicar em parte a dispersão 
dos resultados como se mostra na figura.
Ensaio de corte rotativo
Caracterização de solos moles (N < 4, máx ≈7)
Secção A-A
Sup. rotura
Pás do molinete
Ensaio de corte rotativo
Hipóteses (EC7):
• comp. isotrópico - b=cuv/cuh=1
• dist. de tensões uniforme nas sup. 
horizontais dos topos – n=0,
τx/τx=R = (x/R)n
• altura das pás é igual ao dobro da 
largura – H = 2D
• mostra-se que nestas condições
cu = 0.86 M / π D3 = 0.273 M / D3
O ensaio permite determinar a 
resistência não drenada de pico e 
residual dos solos argilosos 
Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se:
Na superfície lateral
M1 = τ x Área lateral x braço = τ (π D H) D/2 = τ π D2 H/2
Nas superfícies do topo e da base
M2 = 2 τ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R3
Atendendo a que H = 2D e τ = cu
M = M1 + M2 = cu D3 7/6 π, ou seja,
cu = (6/7 M) / (π D3) = (0.86 M) / (π D3) 
Ensaio de corte rotativo
Factores correctivos
M
τ
33
Ensaio de corte rotativo
Na avaliação da resistência não drenada de um solo argiloso há que ter 
em consideração diversos factores tais como:
a tensão de consolidação, a trajectória de tensões, a anisotropia, a taxa 
de deformação, etc..
cu = μ cfv
Casos históricos de escorregamentos de taludes em terrenos argilosos 
proporcionaram dados importantes para estudos de retroanálise que 
permitiram estimar os valores do factor de correcção (μ) a aplicar à
resistência não drenada obtida no ensaio de corte rotativo (cfv). 
A parte 2 do EC7 apresenta, a título informativo, algumas propostas 
para o factor de correcção (μ) para argilas normalmente consolidadas e
argilas sobreconsolidadas.
Pressão limite:
pLM (pL)
Módulo Menard:
EM
Ensaio pressiométrico 1) tipo Menard (em pré-furo)2) autoperfurador
EC7-part 3
Tipo de 
solo
Argila 
mole
Argila dura a 
muito dura
Argila 
rija
Areia solta
ou silte 
compressível
Silte
compacto
Areia ou 
cascalho
qc/pLM 1-2.5 2.5-3.5 3-4 1-1.5
3-4
3-5 5-12
Gaguelin et al. (1978)
Tipo de 
solo
Silte Areia Argila 
mole
Argila 
plástica
Marga Gesso
N60/pLM 32 21 26 18 23 6
N60/EM 2.6 2.9 2.3 1.6 1.9 0.7
Gonin et al. (1992)
Obs: Valores de pLM e EM em MPa
Anexos da parte 2 do EC7 (parâmetros derivados e 
métodos de cálculo semi-empíricos. Destacam-se 
os seguintes:
• Anexo D – Cone Penetration Test (CPT)
• Anexo E – Pressuremeter Test (PMT)
• Anexo F – Standard Penetration Test (SPT)
• Anexo G – Dynamic Probing Test (DP)
• Anexo I – Field Vane Test (FVT)
• Anexo K – Plate loading test (PLT) 
EC7. Correlações com carácter informativo