6 - Solos 2 - Aula 06 Ensaio de campo Piezocone

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Mecânica dos Solos 2
PROFESSORA: ANALICE FRANÇA LIMA AMORIM
AULA 6
Ensaios de campo ‐
Ensaio de cone (CPT) e piezocone (CPTU)
Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e Geociências (CTG)
Departamento de Engenharia Civil
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Definição ABNT – NBR 12069 e ASTM D-344:
Consiste na cravação de uma ponteira de aço instrumentada em
forma de cone no solo, com velocidade padrão constante de 20mm/s,
visando obter a estratigrafia do subsolo e alguns parâmetros
geotécnicos.
 Não coleta amostras, porém permite definir o comportamento do
material sob carregamento.
Objetivo:
• Registrar continuamente a resistência à penetração, fornecendo uma
descrição detalhada do subsolo.
• Propriedades dos solos (especialmente de solos moles)
• Capacidade de carga
• Estratigrafia
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Equipamentos:
1. Cone Mecânico: as tensões são medidas por sistemas mecânicos
(ou hidráulicos) na superfície
• Transferência mecânica pelas hastes dos esforços necessários para
cravar a ponta cônica qc e o atrito lateral fs.
2. Cone Elétrico:
• Células de carga instrumentadas eletricamente;
• Medida de qc e fs diretamente na ponteira.
3. Piezocone:
• Medidas elétricas de qc e fs;
• Contínua monitoração de pressões neutras (u) geradas na cravação.
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
História:
Desenvolvido na Holanda (década de 30)
para investigar solos moles e estratos
arenosos que apoiavam estacas;
Bem difundido mundialmente pela
qualidade de informações;
Procedimento do ensaio:
• cravação lenta e constante (estática ou
quase-estática) de uma haste com
ponta cônica instrumentada (60º de
ápice e 10cm2 de área), com uma
velocidade padrão constante de
20mm/s.
qc resistência de 
ponta
fs resistência 
por atrito 
lateral
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Procedimento do ensaio:
• Escolha e preparação do equipamento
• Calibração
• Deslocamento para o local do ensaio
• Execução do ensaio
Instalação e leituras iniciais
Penetração contínua ( 20mm/s)
Ensaios de dissipação de poro-pressão (caso do piezocone)
Acompanhamento das medições
• Cálculo e análise dos resultados
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Medidas do ensaio:
• Resistência de Ponta (qt ou qc)
• Atrito Lateral (fs)
• Pressão neutra (u)
fs resistência 
por atrito 
lateral
qc
resistência 
de ponta
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Principais componentes do equipamento (Schnaid, 2000):
elemento poroso
conjunto de 
células de carga 
referentes à ponta 
cônica
luva de atrito
transdutor de 
pressão
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Detalhe da ponta cônica do equipamento:
Ilustração da geometria típica do cone
•Diâmetro da luva de atrito ≥ diâmetro do
cone (sem exceder 0,35 mm);
•Ângulo da ponteira: 60º;
•Rugosidade da ponteira: < 0,001 mm.
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Esquema típico do ensaio de piezocone:
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Típico caminhão CPT (Lunne et al., 1997):
O equipamento de cravação consiste de
uma estrutura de reação sobre a qual é
montado um sistema de aplicação de
cargas
Programas computacionais
simples permitem o
gerenciamento do processo de
aquisição e armazenamento
das medidas in situ.
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Máquinas de cravação (Costa Pereira, 1997, Fonte: Coutinho, 2008):
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Hastes de cavação (Ibura):
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Leituras do ensaio piezocone (Ibura):
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Fonte: insitu.com.br
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Aplicabilidade do ensaio:
Determinação CPT CPTU
Perfil do solo Alta Alta 
Estrutura do solo Baixa Moderada a alta 
História de tensões Baixa Moderada a alta 
Variação espacial das propriedades mecânicas Alta Alta 
Propriedades mecânicas Moderada a alta Moderada a alta 
Características de adensamento - Alta 
Condições do nível d’água - Alta 
Potencial de liquefação Moderada Alta 
Economia no custo das investigações Alta Alta 
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
VANTAGENS
• Penetração rápida (~1m/min),isto
é, curto tempo de ensaio;
• Perfil estratigráfico contínuo (cada
2cm);
• Ensaio padronizado (Norma
Brasileira e Norma Americana) -
confiável;
• Alta precisão e repetibilidade;
• Obtenção e processamento
automático dos dados, isto é, sem
interferência do operador;
• Necessidade de apenas um
operador;
• Relação custo/benefício elevada;
DESVANTAGENS
• Não coleta amostras, como o
SPT.
• Necessidade de operador
treinado;
• Equipamento relativamente
complexo;
• Suporte técnico
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2)1( uaqq ct 
l
st
l
sb
st A
Au
A
Au
ff 32 
A parcela (1-a) é determinada
através da calibração (figura ao
lado).
a=An/At
qt: resistência real no ensaio;
u2: pressão neutra medida na base 
do cone.
ft: atrito lateral corrigido;
Asb, Ast: áreas da base e topo da luva de
atrito;
Al: área lateral da luva de atrito.
Cálculo – correções aplicadas às medidas de piezocone (Schnaid, 2000):
Correção da resistência de ponta:
Correção da resistência lateral:
u1
u2
u3
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Parâmetros do ensaio (Cone e piezocone):
A razão de atrito (Rf = fs/qc) é o primeiro parâmetro derivado do ensaio,
utilizado para a classificação dos solos. Valores de medidas contínuas
de qc, fs e Rf são plotados ao longo da profundidade:
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Parâmetros do ensaio (piezocone):
Neste caso utiliza-se um novo parâmetro de classificação de solos, Bq
(coeficiente de poro-pressão):
Sendo:
u0 a pressão hidrostática,v0 a tensão vertical in situ
qt a resistência real mobilizada.
)(
)( 02
vot
q q
uuB 

ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
RESULTADOS -
Perfil típico do ensaio 
de cone:
Costa de 
Florianópolis, 
construção do aterro 
hidráulico da Via 
expressa sul
Razão de atrito
RESULTADOS
Perfil típico do 
ensaio de 
piezocone:
Coef. de poro‐
pressão
Razão de atrito
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados típicos de um ensaio de piezocone para o depósito do SESI – Ibura
(COUTINHO ET AL, 1999)
0
5
10
15
20
0 0,5 1 1,5
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10
0
5
10
15
20
0 500 1000
0
5
10
15
20
0 500 1000 1500
0 0.5 1 1.5
q (MPa)
0
5
10
15
20
23
D
e p
t h
 (
m
)
Cone Bearing Pore Press. FactorPore Pressure
u 
u
u
u
u (MPa)
0 0.5 1
Friction Ratio
Fr*(%)=f /(q - )
0 2 4 6 8 10
Bq
0 0.5 1 1.5
TT V0T
1
2
2
1
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Relação de parâmetros de solos derivados de ensaios de piezocone
(CHEN & MAYNE, 1994 a partir de SCHNAID, 2000). :
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Análise/Estatigrafia :
Senneset & Jambu (1984) – incluindo experiência brasileira – solos
sedimentares porém não testados em solos residuais
Sistemas de classificação das argilas utilizando ábacos qt X Bq (Schnaid, 2000)
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Análise/Estatigrafia :
Sistemas de classificação das argilas utilizando ábacos qt X Bq (Schnaid, 2000)
Robertson e outros (1986) – incluindo experiência brasileira
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Fator do cone Nkt para região metropolitana de Porto Alegre - RS (Schnaid, 2000).
k
voc
u N
qS )( 
Resistência ao Cisalhamento Não – Drenada (Su)
kt
vot
u N
qS )( 
•Su: resistência não-drenada;
•qc: resistência de ponta;
•qt: resistência corrigida;
• vo: tensão vertical in situ;
•Nk, Nkt: fatores de capacidade de
carga.
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Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Fatores de cone de argilas brasileiras ede outros países (SCHNAID, 2000).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Variação de Nkt com IP para argilas brasileiras e européias (modificada de AAS ET AL.,
1988 - SCHNAID, 2000).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Distribuição de OCR com a profundidade em Porto Alegre (SCHNAID, 2000).
vo
votqOCR
´
)(
305,0 

vo
t uqOCR
´
53,0 2

História de Tensões:
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
História de Tensões:
Relação entre Bq e OCR para argilas brasileiras (SCHNAID, 2000).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Variação de K0 com a profundidade em Porto Alegre - RS (SCHNAID, 2000).
Estado de Tensões:
v
hK
´
´
0 

´sen10 K
´sen
0 ´)sen1(
 OCRK 
vo
votqK
´
1,00 

vo
uuK
´
)(11,0
5,0 210 

Jacky (1944)
Mayne e 
Kulhawy
(1982)
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas NA) :
Estado de Tensões:
Correlação entre ´ e IP para argilas NA (SCHNAID, 2000).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Abordagem proposta por DUNCAN & BUCHIGNANI, 1976 (SCHNAID, 2000).
Módulo de Deformabilidade (não drenado):
uu nSE 
)(25,8 votqM 
Eu: módulo de Young
M: módulo oedométrico
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Exemplo típico de um ensaio de dissipação utilizado para ilustrar o
procedimento de cálculo de Ch (SCHNAID, 2000).
Coeficiente de adensamento horizontal:
t
IRT
PAC rh
2*
)( 
)()( PiezoconeC
CR
RRNAC hh 
T*: fator tempo;
R: raio do piezocone;
t: tempo de dissipação (t50%);
Ir: índice de rigidez = G/Su;
G: módulo de cisalhamento
Coeficiente RR/CR variam entre 0,13 e 0,15
t50
Distância ui e u0
u(50%)=(ui – u0)/2
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Fator tempo T*:
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Resultados – Parâmetros Geotécnicos (argilas) :
Razão de permeabilidade em argilas (LADD E OUTROS, 1976,
JAMIOLKOWSKY a partir de SCHNAID, 2000).
Coeficiente de Adensamento:
)()( PiezoconeC
K
KNAC h
h
v
v 
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Argilas Recife:
História de tensões e parâmetros de tensão in situ para o depósito do SESI –
Ibura (COUTINHO ET AL., 1999).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (areias) :
Previsão da densidade relativa através de qc (LANCELLOTTA, 1985 a partir de
SCHNAID, 2000).
)
´
log(6698 5,0
vo
c
r
qD 
Dr: densidade relativa;
qc: resistência de ponta;
´vo:tensão vertical in situ.
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (areias) :
Relação entre qc, ´vo e Dr (ROBERTSON & CAMPANELLA, 1983 a partir de
SCHNAID, 2000).
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (areias) :
SCHNAID, 2000.
Módulo de Deformabilidade:
cqE 5,125 
E25: módulo de deformabilidade para 25% da tensão desviadora máxima;
qc: resistência de ponta do cone;
Na ausência de correlações desenvolvidas para solos arenosos brasileiros
recomenda-se, por SCHMERTMANN (1970), SIMONS & MENZIES (1977),
ROBERTSON & CAMPANELLA (1983), MEIGH (1987), a utilização de uma
abordagem simples, como a proposta por BALDI et all. (1981):
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Resultados – Parâmetros Geotécnicos (areias) :
Resultados de ensaio com CPTU (Resistência de penetração, razão de atrito e razão de poro-
pressão) e SPT (golpes/30cm) em Port of Oakland, POO7-2 ( Mitchell et. al., 1994)
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Aplicações – Métodos diretos:
Valores típicos de k = (qc / pa) / NSPT
Previsão da Capacidade de Carga de Estacas:
•BUSTAMANTE & GIASENELLI (1982):

c
p
q
f 
cacc qkq 
fp: atrito lateral unitário
qc: resistência de ponta unitária
qca: média de qc entre a e –a;
kc: fatores de capacidade de carga
(próximo slide);
: coeficiente de atrito.
eliminam-se os valores de qc
superiores a 1,3q’ca e inferiores
a 0,7q’ca
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Aplicações – Métodos diretos:
Previsão da Capacidade de Carga de Estacas:
Fatores de capacidade de carga, kc (BUSTAMANTE & GIASENELLI, 1982 a
partir de SCHNAID, 2000).
•BUSTAMANTE & GIASENELLI (1982):
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Aplicações – Métodos diretos:
Coeficiente de atrito,  (BUSTAMANTE & GIASENELLI, 1982 a partir de SCHNAID,
2000).
Previsão da Capacidade de Carga de Estacas:
ENSAIO DE CONE E PIEZOCONE
Novos equipamentos:
Cone Sísmico
Cone Pressiométrico
Cone Resistivo