Aula 4 - Ensaios de campo e parametros

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INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA 
 
 Na medida em que o solo é um meio que vai suportar as cargas transmitidas 
pelas fundações, sua identificação e caracterização de comportamento são essenciais à 
solução de qualquer problema. Incertezas quanto às condições do subsolo são as causas 
mais freqüentes de problemas de fundações. 
 
Origem dos problemas em fundações correntes no estado do Rio Grande do Sul 
(adaptado de Silva, 1993). 
Eventos pós-
conclusão; 
28,9%Investigação do 
subsolo; 34,5%
Execução; 
15,9%
Análise e 
projeto ; 20,7%
 
 
 
ENSAIOS DE CAMPO PARA INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO 
 
 Alguns dos ensaios de campo mais usuais são: SPT, CPT, Dilatômetro, 
Pressiômetro, e Palheta (ou Vane). 
 
 
SPT 
 
• O ensaio consiste na medida de resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de 
simples reconhecimento. 
• A resistência dinâmica é obtida pelo número de golpes necessários para cravar um 
amostrador padrão; 
• A sondagem de simples reconhecimento é obtida através da amostra coletada pelo 
amostrador. 
 
Amostrador - Raymond Terzaghi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Equipamento (o martelo pesa 65kg e a altura de queda é de 75cm) 
 
 
 
 
Medida dinâmica: 
• Consiste em contar o número de golpes necessários para cravar 30 cm finais do 
amostrador. 
• Para tanto são registrados os números de golpes necessários para cravar 3 segmentos 
de 15 cm, sendo o NSPT o soma dos últimos dois segmentos de 15cm. 
• O ensaio dinâmico efetuado pela cravação do amostrador no solo é realizado a cada 
metro. Portanto, tem-se um índice de resistência do solo a cada metro de sondagem. 
• Devido a cravação do amostrador tem-se a cada metro uma amostra de solo 
permitindo a obtenção das distintas camadas do subsolo. 
• Adicionalmente pelo processo executivo da perfuração (trado ou lavagem) pode-se 
determinar a passagem de uma camada para outra. 
 
 
Criticas ao ensaio 
• Diferenças de equipamentos; 
• Variações no procedimento do ensaio; 
• Dependência do operador. 
 
 
Normas 
• NBR 6484 (2001) -Solo – Sondagem de Simples reconhecimento com SPT. 
• ASTM 
• NBR 8036/83 -Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos 
para fundações de edifícios. 
 
 
⇒ NBR 6485 (2000) 
• Elevação Manual com corda de sisal; 
• Martelo com 65kg; 
• Altura de queda 75 cm; 
• Uso obrigatório de coxim de madeira; 
• Haste com 3,23kg/m 
• Amostrador Raymond Terzaghi padrão 
 
⇒ ASTM 
• Elevação Mecanizada com gatilho; 
• Martelo com 63,5 kg 
• Altura de queda 76 cm; 
• Martelo sem coxim de madeira; 
• Haste AW com 5,63kg/m 
• Amostrador Raymond Terzaghi com rebaixo interno. 
 
 
⇒ NBR 8036/83 
• Número, localização e profundidade das sondagens 
o Número de sondagens: 
ƒ Área 200m2 Æ 2 
ƒ Área entre 200 e 400m2 Æ 3 
ƒ Área até 1200m2 Æ 1 a cada 200m2 
ƒ Área de 1200 a 2400m2 Æ 1 a cada 400m2 que excederem de 1200m2 
ƒ Área acima de 2400m2 Æ à critério do projetista. 
o Locação: 
ƒ Fase de estudos preliminares e planejamento Æ distribuídas 
igualmente por toda a área; 
ƒ Fase de projeto Æ pode-se levar em conta pormenores estruturais; 
ƒ Evitar alinhamentos. 
o Profundidade: 
ƒ Em geral até o impenetrável à percussão; 
ƒ Profundidades onde o solo não é significativamente solicitado pelas 
cargas estruturais; 
ƒ Critério: acréscimo de pressão no solo devido às cargas estruturais 
aplicadas for menor que 10% da tensão geostática efetiva (ábaco); 
ƒ Camadas de baixa resistência sobre uma rocha ou camada 
impenetrável, aconselha-se a verificação da continuidade da camada 
impenetrável (5m). 
 
 
Aplicação 
⇒ Métodos Diretos 
o Medidas de NSPT ou N60 são utilizados diretamente na previsão do 
comportamento de fundações (previsão de capacidade de carga e estimativa 
de recalques) 
 
⇒ Métodos Indiretos 
o Medidas de NSPT ou N60 são utilizados de propriedades de comportamento 
dos solos (ex: ângulo de atrito; resistência ao cisalhamento não drenada; etc). 
A partir da determinação dos parâmetros de resistência e dos parâmetros 
elásticos determina-se a capacidade suporte ou a grandeza dos recalques de 
uma fundação pela aplicação dos métodos de equilíbrio limite e teoria da 
elasticidade. 
 
 
 
 
CONE E PIEZOCONE 
 
Padronização: 
 
ISSMFE (1977), ASTM (1979), 
ABNT MB 3406 (1991). 
 
Princípio de ensaio - cravação no terreno de uma ponteira cônica (60o de ápice e 10 
cm2) a uma velocidade constante de 20 mm/s. 
 
Medidas de ensaios 
- resistência de ponta qc (CPT) ou qt (CPT-U) 
- atrito lateral fs
- pressões neutras u2 (piezocone) 
 
Razão de atrito Rf onde: fs é o atrito lateral 
c
s
f q
R = f
 qc a resistência de ponta do cone 
 
 
)(
)( 02
vot
q q
uuB σ−
−=Parâmetro Bq (coeficiente de poro pressão) 
 
Sendo: u0 a pressão hidrostática 
u2 a pressão neutra medida na base do cone 
σv0 a tensão vertical in situ 
qt a resistência real mobilizada no ensaio 
 
 
Ponteiras elétricas 
 
 
 
 
 
 
 
 
t
n
A
Aa =
An
u2
At
2)1( uaqq ct −+=
Parâmetros geotécnicas em argilas 
 
Resistência ao cisalhamento não-drenada: 
 
- Método de equilíbrio limite 
 
Nkt = (qt - σv0)/Su Î Su = (qt - σv0)/Nkt 
 
 
- Método da trajetória de deformações (Baligh, 1986; Yu & Houlsby, 1988) 
 
Nkt = Ns (1,25 + Ir/2000) + 2,4αf - αs - 1,8∆ 
 
 
 
 
Coeficiente de adensamento 
 
Ensaios de dissipação do excesso de pre
estimar Ch
 
- Método da trajetória de deformações (B
1988)ÎT*(fator tempo) 
 
 R = raio do piezocome 
 t = tempo de disspação (normalmente a
 Ir = índice de rigidez do solo ( = G/Su) 
 G = módulo cisalhante do solo 
Nkt=8
Nkt=16
Nkt=12
 Su [ kPa ] 
0 10 20 30 40 50 
0 
 
 
400 
 
 
600 q
 
200 
 
t -
 σ v
o [
 k
Pa
 ] 
 
 
ssão neutra podem ser interpretados para 
aligh, 1986; Yu & Houlsby, 
dotado como t50%) 
Equilíbrio limite 
legreFatores de cone Nkt - Porto A
 
 Trajetória de deformações 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PPiieezzooccoonnee -- AAeerrooppoorrttoo SSaallggaaddoo FFiillhhoo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-1
-9
-8
-7
-6
-5
-4
Pr
of
un
di
da
de
 [m
]
2
-1
-10
1
-3
-
-
2
1
0
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
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-2
-1
0
U
uo 
-5
-4
-3
Aterro
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
 média a rija
Sedimento arenoso
 compacto
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
 muito mole
NSPT = 1/45U 
th
IRT
C r
2*
=
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
Pr
of
un
di
da
de
 [m
]
0 1000
q t [kPa]
0.0 0.6
B q 
0 1
su [kPa] OCR 
0 20 0 1 2
Classificação 
 do material
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
Aterro
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
 muito mole
Sedimento argiloso
orgânico plástico,
 média a rija
Sedimento arenoso
 compacto
 
 
 
ENSAIO DE PALHETA (VANE) 
 É um ensaio de referência, pois é passível de interpretação analítica, ou seja, não 
requer correlações empíricas. 
 
 
• Empregado para a determinação da resistência não drenanda “Su” de argilas 
moles. 
•
 
1000 2000 3000 4000 5000
q t [ kPa qt , U, Uo [ kPa ] ]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Pr
of
un
di
da
de
 [
 m
 ]
200 400 600 800 1000 2 6 10
R f [%]
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2U
Uo
B q
qt
Aterro
Argila
Areia
Argila
Areia
 
 
 
• Normalizado pela ASTM STP 1014 e pela ABNT com o título “Solo – Ensaios de 
Palheta In Situ – NBR 10.905” 
 
• Procedimento do ensaio: 
o O ensaio utiliza uma palheta de seção cruciforme que, cravada em argila 
saturada, de consistência mole a rija, é submetida ao torque para cisalhar o 
solo por rotação, em condições não drenadas. É, portanto, necessário o 
conhecimento prévio da natureza do solo. 
 
Com base na medida de torque é possível determinar a resistência não drenada do solo: 
 
 
 
Onde: 
M = torque máximo; 
D = diâmetro da palheta 
3 
 86,0
D
MSu π=
 
 
 
sultados de ensaios de Palheta in Re situ em argila do Rio de Janeiro, obtidos em vários 
furos próximos ( Ortição e Collet, 1986). 
 
 
 
„O valor d
 
a sensibilidade (St) da argila é dado pela equação: 
 
Sensibilidade St
Baixa 2-4 
Média 4-8 
Alta 8-16 
Muito Alta >16 
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Rotação (graus)
Su
 (k
Pa
)
ENSAIO DE PALHETA - Profundidade 9,00 m
Atrito nas 
hastes 
Su – Solo não amolgado 
Sur – Solo amolgado 
ur
u
t S
SS =
 
 
Local Valor Médio Variação Referência 
Santa Cruz, RJ (zona litorânea) 3,4 Aragão, 1975 
Santa Cruz, RJ (off shore) 3,0 1-5 Aragão, 1975 
Rio de 4,4 2-8 Ortigão & Collet, 1987 Janeiro, RJ 
Sepet 4,0 Machado, 1988 iba, RJ 
Cubatão, SP a, 1988 4-8 Teixeir
Florianópolis, SC 3,0 1,7 Maccarini e outros, 1988 
Aracajú, SE 5,0 2-8 Ortigão, 1988 
Porto Alegre, RS 4,5 2-8 Soares, 1990 
 
 
Fatores de influência e correções 
• Condição de drenagem: 
• Velocidade de rotação 6º/min (Norma). 
• Anisotropia: SuV ≠ SuH 
 
Efeito da inserção da palheta no solo: 
• α = 4 e / (π D); para α = 0 sem amolgamento 
Efeito do tempo: 
• Importante para St > 15 
 
 
 
 
 
 
ESTIMATIVA DE PARÂMETROS GEOTÉCNICOS 
 
A interpretação dos resultados de ensaios para fins de projeto pode ser obtida através de 
duas abordagens distintas: 
 
a) Métodos Diretos: os resultados de ensaios são utilizados na previsão de 
parâmetros constitutivos represen tivos do comportamento do solo. 
 
b) Métodos Indiretos:
ta
 os resultados são aplicados diretam nte na previsão da 
ento de fundação, sem a 
necessidade de determinação de parâmetros intermediários. 
 
 
 
 
 
 
e
capacidade de carga ou recalque de um elem
 
MÉTODOS INDIRETOS: 
ANULARES 
 
Densidade Relativ
)
 
 
SOLOS GR
a: 
( 2/1 0 16+ G Holtz (1
 
)
'23,0
=
v
rD σ
N ibs & 957) 
( 2/10 27'28,0 +v
N
σ empton (
 
Ângulo de 
=rD Sk 1986) 
Atrito: ( ) 712,0'49,1 =− φtgDr Mello (1
 
 de 971) 
( ){ }1)'ln10(333' −−×+= pDrφ Bolton (1986) 
v e p’ são expressos em kN/m2 e Dr em decimais. 
 
 
 *Nessas equações σ’
 
 
Mitchell e outros (1978) 
 
 
SOLOS CO
 
 
 
ESIVOS 
argilas pré-adensadas: Su/N entre 4 e 6 Æ Stroud (1989) 
experiência do autor do trabalho, e como recomendação ger
 
Na al de projeto, as 
lações entre Su e N não devem ser utilizadas para solos moles (N<5) pela falta de 
presentatividade dos valores de N medidos no ensaio. 
Para solos pré-adensados
re
re
, o módulo de Young não drenado (Eu) e o coeficiente 
e compressibilidade volumétrica (mv) podem ser estimados em nível de anteprojeto 
través das seguintes correlações: 
d
a
 Stroud & Butler (1975) 
 
)/(450 260 MNmNmv =
 
MPa
N
E
 u 1
60
= Stroud & Butler (1975) 
Os dados coletados pelos autores mostram que esta relação é adequada para uma 
s de carregamentos q/qult. Para relações abaixo de 0,1 a rigidez 
aumenta, resulatando em: 
 
 
 
 
ampla gama de grau
MPaa
N
Eu 4,103,6
60
⋅⋅= Stroud & Butler (1975) 
 para q/qult < 1 
OCHAS BRANDAS 
 
)kPaNS ⋅= Æ Stroud (1989) definida para argilas
 
 
 
 
R
 (5 60u pode ser utilizada 
sistência à compressão simples maiores que 4MPa. Nestes casos a resistência à 
compressão poderá ser obtida pela relação: 
 ) para casos em que σc> 4MPa 
 
 
Compressibilidade: 
 
p
re
ara rochas brandas, sendo, entretanto muito conservadora para o caso de materiais com 
(10 60 kPaNc >σ
)(2,19,0
60
MPaa
N
E ⋅⋅= Æ Leach & Thompson (1979) – resultantes da 
avaliação do comportamento de estacas. 
 
)(25,0
60
MPaa
N
E ⋅⋅= Æ Stroud (1989) – incluindo mais casos reais, sendo 
acima de 1 para fatores de segurança à ruptura 
 
E/N60 (MPa) 
maiores que 3. 
Nspt Média Limite inferior Limite superior 
4 1,6-2,4 0,4-0,6 3,5-5,3 
10 2,2-3,4 0,7-1,1 4,6-7,0 
30 3,7-5,6 1,5-2,2 6,6-10,0 
60 4,6-7,0 2,3-3,5 8,9-13,5 
 
 
 
 
Razão entre E/N60 e nível de carregamento (Stroud, 1989). 
 
 
MÉTODOS DIRETOS: 
Originalmente, as aplicações de resultados de SPT foram do tipo de aplicação 
s ou tensão admissível são obtidos diretamente sem a necessidade 
 parâmetros intermediários (e.g. Terzaghi & Peck, 1967). Tal 
bordagem tem a desvantagem de não permitir a avaliação qualitativa dos resultados; a 
confiabilidade é função do
desenvolvimento do método. A grande vantagem é sua simplicidade no uso. 
 
 
TENSÕES ADMISSÍVEIS 
 
Correlações entre Nspt e a te
Schnaid, 1995). 
 
Provável tensão admissível (kN/m2) 
 
direta, onde recalque
a determinação ded
a
 número de casos históricos avaliados para o 
nsão admissível de solos granulares (Milititsky & 
Descrição 
(Compacidade) N(spt) L=0,75 m* 
Muito compacto >5 >600 
m* L=1,5
 >500
L=3,0m* 
>450 0 
Compacto 30-50 300-600 0-500 00 25 200-4
Med. Comp 10 100-300 0-250 0 acto -30 5 50-20
Pouco comp 5- 50-100 <50 acto 10 <50 
Pouco comp < studar acto 5 a e 
*L = menor dimensão da fundação 
Correlações entre Nspt e a tensão admissível de solos coesivos (Milititsky & 
Schnaid, 1995). 
 
Provável tensão admissível (kN/m2) Descrição 
(Cosistência) N(spt) L=0,75m* L=1,5m* L=3,0m* 
Dura >30 500 450 400 
Muito rija 15-30 250-500 200-450 150-400 
Rija 8-15 125-250 100-200 75-150 
Média 4-8 75-125 50-100 15-75 
Mole 2-4 25-75 <50 - 
Muito mole <2 a estudar 
*L = menor dimensão da fundação 
 
 
RECALQUE EM FUNDAÇÕES DIRETAS 
 
Entendidas as limitações do ensaio de SPT e a impossibilidade de prever com 
precisão valores de compressibilidade dos solos, deve-se considerar e tratar os métodos 
de previsão de recalques utilizando o SPT como procedimento empírico. 
Nessas bases, métodos estatísticos tais como os propostos por Shultze & Sherif 
(1973) Burland, Broms & de Mello (1977), Burland & Burbidge (1985) são 
recomendados como forma de previsão do limite superior e do recalque médio de 
fundações superficiais em depósitos arenosos. 
 
Exprimind o (B) em 
etros, obtem-se as seguintes equações: 
máx areias fofas 
o os limites superiores como função da largura da fundaçã
m
 
3,0BqH = )32,0(
)07,0( 3,0BqH máx = areias medianamente compactas 
)035,0( 3,0BqH máx = areias compactas 
 
Sendo q expresso em kN/m2 e H em mm.: 
 
 
Método de Burland, B
 
roms e de Mello (1977) 
PREVI
o Brasil, a prática de relacionar-se diretamente medidas de Nspt com a 
capac rga de está expre ki & 
Vellosos, 1975 e Decourt e Quaresma, 1
 
statístico ki & Ve 75) 
 
E étodo foi originalmente concebido me orrelações os 
resultad ensaios de penetração está ne) e dinâmica (SPT). A teoria para a 
estim cidade de suporte de esta s é fundam nsaio de penetração 
estática oeficiente K, torna-se possível a utilização 
direta dos resultados de ensaios de SPT em tal abordagem (coeficiente K é o coeficiente 
de conversão da resistência de ponta do cone paraNspt). O coeficiente α expressa a 
 local do ensaio de penetração estática, 
segundo Vargas (1977). 
SÃO DE CAPACIDADE DE CARGA 
 
N
idade de ca estacas ssa nos métodos propostos por Ao
978). 
Método E de Ao llosos (19
ste m diante c entre
os dos tica (co
ativa de capa ca ental no e
, porém, através da utilização do c
relação entre a resistência de ponta e lateral
A seguinte expressão avalia a capacidade de carga última, ou de ruptura, de 
estacas: 
 
∑ ∆+= LFKNPF
KN
aq mpprup
21
α
 
 
Sendo: 
ap = área da ponta da estaca; 
P = perímetro da estaca; 
L = espessura da camada de solo∆
N
 (m); 
p – Nspt próximo à ponta da estaca; 
Nm = Nspt médio pa
 
Os coeficientes K e ependentes do tipo de solo, assumindo 
diferen s valores segundo s granulométricas (originalmente obtidos a 
partir de correlações com resu
das resistências de ponta e lateral, 
reapectivamente, levando em conta os diferentes comportamentos entre a estaca 
(protótipo) e o cone estático (modelo). 
Para determinação da carga admissível faz-se uso de um fator de sefurança 
global, sobre a carga de ruptura calculada como 
ra cada ∆L. 
 α são variáveis d
uas características te
ltados de ensaios de cone). 
F1 e F2 são coeficientes de correção 
FS
q
q rupadm = , seguindo-se 
recomendações da Norma Brasileira NBR 6122/96.