estudo sobre cone

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4/14/2009
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INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA:
ENSAIO DE PIEZOCONE (CPTU)
visão geral sobre o ensaio e as suas aplicações
„ Auxiliar na elaboração do projeto geotecnico
„ Para isso devem-se responder questões sobre 
estratigrafia, resistência e deformabilidade das camadas 
do subsolo atingidas pelo carregamento externo
„ Solo - perguntas relevantes: sob carregamento externo; 
Finalidade da investigação geotecnica:
1) quanto resiste ? 
2) quanto irá se deformar ? 
3) quanto demorará a estabilização ?
Materiais geotécnicos
„ Permeabilidade dos solos têm forte influência nas três 
questões acima (é a propriedade fisica com mais ordens 
de variação no universo ! 10+1 cm/seg a 10-8 cm/seg)
„ Argilas (baixa permeabilidade) – areias (alta 
permeabilidade)permeabilidade)
„ Argilas (baixa resistência) – areias (alta resistência)
„ A estratigrafia joga um papel fundamental na absorção e 
distribuição das tensões aplicadas pela fundação ao 
terreno
ƒ permeabilidade dos diferentes tipos de solo
Características principais do ensaio
„ Piezocone: Uma ferramenta capaz de fornecer 
de maneira precisa detalhes sobre perfil de 
terreno (espessura, tipo de solo) e da 
permeabilidade das camadas.
„ Não coleta amostras, porém permite definir o 
comportamento do material sob carregamento
Sonda CPTU
qt
u2
u1
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Diferentes tipos de sondas Equipamento terrestre de cravação
Equipamento de cravação off-shore
„ VANTAGENS
- Penetração rápida (20mm/s);
- Perfil estratigráfico contínuo;
- Alta precisão e repetibilidade;
- Processamento automático dos dados;
-Possibilidade de execução um
-operador;
R d d- Redução dos custos;
- Impossibilidade de coleta de amostras;
- Necessidade de operador treinado;
- Equipamento e suporte técnico relativamente 
complexo;
„ LIMITAÇÕES
quando é realizado o ensaio de CPTU (ou SPT)?quando é realizado o ensaio de CPTU (ou SPT)?
-4
-3
-2
-1
0
[m
]
0 1000
q t [kPa]
0 200
U, u o [kPa]
0 4 8
Rf [%]
0 5 10 15 20
N SPT Classificação 
 do material
-4
-3
-2
-1
0
Aterro
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
muito mole
Aterro
Sedimento 
argiloso, 
orgânicod
e
[ m
 
1/4
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
Pr
of
un
di
da
de
 
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5U
uo 
 muito mole
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
 média a rija
Sedimento arenoso
 compacto
NSPT = 1/45
orgânico 
plástico, 
muito mole
Sed. arg., 
médio a rijo
Sedimento 
arenoso 
compacto
Pr
of
un
di
da
d
]
1/45U
u0
Normatização do ensaio
„ 1930: surge o ensaio CPT na Holanda;
„ 1950: Brasil;
Padronização
1979 ASTM„ 1979: ASTM;
„ 1977/1989: ISSMFE;
„ 1991: ABNT MB – 3.406;
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Ensaio de CPTU
ƒ qc - resistência à penetração da ponteira cônica;
areias ~ alto valor de qc
il b i l d
Grandezas medidasGrandezas medidas DIRETAMENTEDIRETAMENTE
argilas ~ baixo valor de qc
ƒfs - corresponde ao atrito lateral;
ƒU2 - medida de poro-pressão na base da ponta
areias ~ baixo valor de U2
argilas ~ alto valor de U2
Ensaio de CPTU
qt = resistência real mobilizada no ensaio (sem efeito
das poro-pressões desiguais da geometria do cone)
GrandezasGrandezas DERIVADAS DERIVADAS das medidasdas medidas DIRETASDIRETAS
Rf = fs / qc, razão de atrito, primeiro parâmetro derivado
dos medidos no ensaio;
Bq = parâmetro de poro-pressão;
MEDIDAS & CORREÇÕES
„ Resistência a penetração
„ Poro pressões
u2 – base;
qt = resistência do cone corrigida
qc = resistência medida no cone 
a = área (=AN/AT),
p ç
( ) 2.1 uaqq ct −+=
MEDIDAS & CORREÇÕES
„ Atrito Lateral
l
st
l
sb
st A
Au
A
Auff 32 +−=
ft = atrito lateral corrigido
fs = atrito lateral medido
A A á d b d l d i
)(
)( 2
vot
o
q q
uuB σ−
−=
c
s
f q
fR =
Asb, Ast = áreas de base e topo da luva de atrito
Al = área lateral da luva de atrito
„ Parâmetro de Poro Pressão „ Razão de Atrito Lateral
Bq !!!!
„Parâmetro de Poro Pressão
)(
)( 2 o
q q
uUB σ
−=
)( votq σ−
Relaciona excesso de poro-pressões com
resistência do material – permite identificar 
tipo de solo (C/S) lembrar slide anterior
Perfil tipico do ensaio – papel de Bq
BR101 – Santa Catarina
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Classificação do solo: passo intermediário para 
a definição das propriedades relevantes do solo
Aplicações dos resultados de ensaio para obtenção de 
dados geotecnicos
a) avaliar a estratigrafia do solo e identificar o tipo do solo;
b) predizer parâmetros da engenharia para projetos geotécnicos;
c) fornecer estimativa direta do desempenho da fundação.
CPTU CPT
Perfil do Solo Alto alto
História de Tensões baixo Moderado
Propriedades Mecanicas moderado a alto alto (argila)
moderado (outro geomateial)
Parâmetros de adensamento - alto
Nivel de Água - alto
Economia no custo de investigação alto alto
Propriedades relevantes de cada tipo de solo para 
projeto de fundações
„ Solos Coesivos (argilas)
•Resistência não drenada (Su),
•História de tensões (OCR)
ChGoOCRSu −−−
•Ângulo de atrito (φ)
•Densidade relativa (Dr)
•Rigidez (Go)
História de tensões (OCR)
•Rigidez (Go)
•Coef. de adensamento (Ch), 
„ Solos Granulares (areias)
GoDr −−φ
Propriedades dos solos através do CPTU
„ Solos Coesivos
ƒ Resistência ao Cisalhamento não drenado é o parâmetro USUAL 
de projeto
• Combinações Teóricas e Empíricas
voucc SNq σ+= Nc= fator do cone teórico(e g Yu and Mitchell 1998; Yu 2004)voucc SNq σ (e.g. Yu and Mitchell, 1998; Yu, 2004)
Su = resistência não drenada 
σvo = pressão vertical no local = ∑ γ z
Nc = determinado localmente por calibração – ensaio de palheta
valor tipico entre 10 e 15 
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ Resistência ao Cisalhamento não drenado
vouktt SNq σ+=
Nkt = fator empírico entre 12 e 18 
σvo = tensão vertical totalσvo tensão vertical total
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
(Schofield & Wroth, 1962; Ladd e outros., 1977) 
ƒ História de Tensões OCR – pré adensamento do solo
Λ= OCR
S
S
ncvou
vou
]'/[
]'/[
σ
σ
• Estado Crítico da Mecânica dos Solos
Λ= parâmetro do estado crítico
S
OCRu
voσ ' ,
,= 0 23 0 8 (Jamiolkowski at al., 1985)
mSu '22,0 σ= (Mesri, 1975)
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PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ História de Tensões
Λ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −
+=
/1
'
2
195.1
12
vo
c Uq
M
OCR σ
• Teoria da expansão da cavidade e na teoria crítica do estado
M=1.2 (corresponde a φ’=30) 
Λ=0.75 (Mayne, 2000)
u2 = poro pressão base
Mayne (1991)
⎦⎣ ⎠⎝ vo
• OCR diretamente dos dados do piezocone
)(305.0' votp q σσ −=
23.0' ))((65.0 −−= pvotp Iq σσ
Ip = indice de plasticidade
Chen & Mayne, 1996
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ Rigidez Go – fundações submetidas a carregamento dinâmico
• correlação empírica 
)()()1(24000 5.0'4.2 kPaeG voo σ−+= Shybuya et al (1997)
• Para os projetos preliminares, pode-se estimar Go diretamente do qc ou qt
130.1695.0406 −= oco eqG
)(50 voto qG σ−= Watabe et al (2004)
Mayne & Rix (1993)
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ Rigidez – deformações elásticas 
Eu = n Su
• Estimativa direta
M = 8,25 (qt - σv0)
Indice de rigidez Eu25/Su em função de OCR Duncan & Buchignani, (1976)
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ Coeficiente de adensamento – definição do tempo para 
estabilização de recalques em argila
h
IR
tc
T
2
* =
R = raio do piezocone
t = tempo de dissipação (adotado t50%)
Ir = índice de rigidez (= G/Su)
G = modulo de cisalhamento do solo
Graude adensamento Posição da pedra porosarIR
Fator tempo T* (Houlsby & Teh, 1988)
t
IRT
C rh
2∗
=
Grau de adensamento Posição da pedra porosa
(%) Base cone
(u2)
20 0.038
30 0.078
40 0.142
50 0.245
60 0.439
70 0.804
80 1.6
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Coesivos
ƒ Coeficiente de Consolidação
Exemplo típico de um ensaio de 
dissipação utilizado para ilustrar o 
procedimento para o calculo de Ch
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Granulares
ƒ Resistência ao Cisalhamento
)'tan63.7exp(194.0' φσ == vo
c
q
qN
[ ])/log(38010arctan' 'q σφ += [ ])/log(38.01.0arctan votq σφ +=
Mayne, 2006
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PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Granulares
ƒ Densidade Relativa
(Robertson & Campanella, 1983)
Previsão de densidade relativa 
através de qc
(Lancellotta,1985)
PROPRIEDADES DE SOLOS
„ Solos Granulares
ƒ Rigidez
NOVOS EQUIPAMENTOS
„ Cone Sísmico - Go
Medidas do Ensaio
Exemplo de uso
ƒ Molhes do porto do Rio Grande
Exemplo de uso
ƒ Molhes do porto do Rio Grande
Exemplo de uso
ƒ Molhes do porto do Rio Grande
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Exemplo de uso
ƒ Molhes do porto do Rio Grande
Bibliografia sobre o assunto