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4/14/2009 1 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 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 4/14/2009 2 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; 4/14/2009 3 Ensaio de CPTU 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 fs - corresponde ao atrito lateral; U2 - 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 4/14/2009 4 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 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 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) 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) 4/14/2009 5 PROPRIEDADES DE SOLOS Solos Coesivos 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 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 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 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 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 Resistência ao Cisalhamento )'tan63.7exp(194.0' φσ == vo c q qN [ ])/log(38010arctan' 'q σφ += [ ])/log(38.01.0arctan votq σφ += Mayne, 2006 4/14/2009 6 PROPRIEDADES DE SOLOS Solos Granulares Densidade Relativa (Robertson & Campanella, 1983) Previsão de densidade relativa através de qc (Lancellotta,1985) PROPRIEDADES DE SOLOS Solos Granulares Rigidez NOVOS EQUIPAMENTOS Cone Sísmico - Go Medidas do Ensaio Exemplo de uso Molhes do porto do Rio Grande Exemplo de uso Molhes do porto do Rio Grande Exemplo de uso Molhes do porto do Rio Grande 4/14/2009 7 Exemplo de uso Molhes do porto do Rio Grande Bibliografia sobre o assunto
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