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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: Área 200m2 Æ 2 Área entre 200 e 400m2 Æ 3 Área até 1200m2 Æ 1 a cada 200m2 Área de 1200 a 2400m2 Æ 1 a cada 400m2 que excederem de 1200m2 Área acima de 2400m2 Æ à critério do projetista. o Locação: Fase de estudos preliminares e planejamento Æ distribuídas igualmente por toda a área; Fase de projeto Æ pode-se levar em conta pormenores estruturais; Evitar alinhamentos. o Profundidade: Em geral até o impenetrável à percussão; Profundidades onde o solo não é significativamente solicitado pelas cargas estruturais; Critério: acréscimo de pressão no solo devido às cargas estruturais aplicadas for menor que 10% da tensão geostática efetiva (ábaco); 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.
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