7 Solos2 Aula 07 Ensaio de campo DMT e pressiômetro

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Mecânica dos Solos 2
PROFESSORA: ANALICE FRANÇA LIMA AMORIM
AULA 7
Ensaios de campo ‐
Dilatômetro (DMT) e pressiômetro
Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e Geociências (CTG)
Departamento de Engenharia Civil
Universidade Federal de Pernambuco
Centro Acadêmico do Agreste
Núcleo de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
Ensaio Dilatométrico
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Definição:
Equipamento foi desenvolvido na Itália pelo professor Silvano Marchetti.
Também responsável pela formulação dos conceitos básicos associados
à sua intepretação.
Consiste na cravação da lâmina dilatométrica no terreno, medindo
esforço necessário à penetração, e em seguida usar a pressão de gás
para expandir a membrana de aço (diafragma) no interior da massa de
solo.
Equipamento portátil e de fácil manuseio, sendo a operação simples e
relativamente econômica.
Aplicação em solos:
• areia, silte, argila e solos orgânicos.
• argilas mole / média não sensíveis e não cimentadas.
Objetivo:
Estimar parâmetros geomecânicos do solo a partir de correlações de
natureza semi-empírica fornecendo descrição detalhada da estratigrafia
do subsolo para projetos geotécnicos.
Em particular do coeficiente de empuxo no repouso K0, módulo de
elasticidade E ou M, razão de pré-adensamento OCR, resistência ao
cisalhamento não drenada de argilas Su e ângulo de atrito interno de
areias  ’.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Aplicações em problemas de engenharia:
• Recalque de fundação direta: areia e argila
• Carga axial em estaca;
• Estaca carregada lateralmente;
• Detectar superfície de ruptura em taludes de argilas pré-adensadas;
• Controle de compactação;
• Liquefação Areia.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Equipamento:
Equipamento completo . Lâmina + unidade de controle + fonte de pressão .
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Equipamento:
Detalhe da unidade de leitura e calibração.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Procedimento do ensaio ASTM:
1. Preparação do equipamento:
• Montagem do equipamento ;
• Calibração da membrana: Obtenção das pressões A e B =>
correção das leituras A, B e C de acordo com a rigidez da membrana.
2. Avanço da lâmina:
• Penetração da lâmina verticalmente no solo, utilizando um sistema
hidráulico de cravação.
• Velocidade de cravação = 20 mm/s a 40mm/s (igual a do cone).
• A cada 20 cm, injeta-se gás comprimido, expandindo a membrana de
aço contra o solo.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
3. Leituras das pressões A, B e C :
Através de sinal auditivo e/ou visual.
a) 1º sinal = início da expansão da membrana contra o solo com
deslocamento de 0,5mm (leitura A);
b) 2º sinal = expansão de 1,1 mm (leitura B);
c) 3º sinal = despressurização do sistema (leitura C).
4. Cálculo e análise dos resultados.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Detalhes da lâmina dilatométrica e membrana (BRIAUD e MIRAN, 1992
a partir de PEREIRA, 1997).:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Lâmina 
aço inoxidável
Membrana circular 
aço (flexível). 
Dilatômetro – IN-SITU SOIL TESTING L.C. (2003):
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Lâmina 
aço inoxidável
Membrana circular 
aço (flexível). 
Detalhe da lâmina e da fixação da membrana:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Dilatômetro – Ibura/PE:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Equipamento de cravação – Ibura/PE:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Hastes - Ibura / PE
Equipamento de cravação – Ibura/PE:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Realização do ensaio (aplicação de 
pressões) – Ibura / PE
Dilatômetro – IN-SITU SOIL TESTING L.C. (2003):
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Leitura do esforço de cravação no manômetro do equipamento:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Leituras no ensaio – Ibura / PE
Sistema de cravação e resultado de cravação:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
a) Layout do sistema empregado
para cravação do dilatômetro
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
10 20 30 40 50
Esf. cravação, N (kgf/cm2)
N (média)
N+Sd
N-Sd
Estabilização 
devido à tendência
ao soerguimento 
do equipamento de
cravação
Perfil do Solo
Argila 
Orgânica 
Muito Mole 
(Camada 1)
Argila 
Orgânica 
Muito Mole 
(Camada 2)
Turfa
Aterro
Areia Argilosa
NA
b) Perfil para pressão de cravação.
Intepretação do ensaio – pressões corrigidas:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Onde: Zm = desvio de zero do 
manômetro
A = pressão de gás relativa à
leitura A, em calibração ao ar (correção
da rigidez da membrana)
B = pressão de gás relativa à 
leitura B em calibração ao ar (correção 
da rigidez da membrana) 
Pressões corrigidas:
P0 = 1,05.(A-ZM-A)-0,05.(B-ZM-B)
P1 = B-ZM-B
P2 = C-ZM+A
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Extrapolação linear para obtenção de p0.
Intepretação do ensaio – pressões corrigidas:
0 20 40 60 80 100 120
Deslocamento da Membrana (x10 mm)
P
r
e
s
s
a
o
 
d
e
 
C
o
n
t
a
t
o
(A-Zm+A)
P0 1,10 mm
-2
P1
P0=1,05.(A-ZM+A) - 0,05.(B-ZM-B)
P1=(B-ZM-B)
0,05 mm
Intepretação do ensaio – índices dilatométricos:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Índices dilatométricos:
ID = (P1-P0)/(P0-u0) – índice de material
ED = 34,7.(P1-P0) – módulo dilatométrico
KD = (P0-u0)/’vo – índice de tensão horizontal
UD = (P2-u0)/(P0-u0) – índice de poro-pressão
u0 = pressão hidrostática no solo
Parâmetros geotécnicos:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Correlações aplicadas ao ensaio dilatométrico, a partir dos índices dilatométricos.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Perfis para ’vo , P0 e P1- Argilas do Recife
Resultados:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Resultados:
Perfis para u0 e p2 - Argilas do Recife
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Resultados:
Índice de 
material
Módulo 
dilatométrico
Índice de 
tensão
horizontal 
Índice de 
poro‐
pressão
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Intepretação dos resultados – Classificação dos solos:
Ábaco para determinação do tipo de solo e peso específico.
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da razão de pré-adensamento proposta por Marchetti (1980)
Ábaco para determinação do tipo de solo e peso específico.
OCR KD ( , . ) ,0 5 1 56 ID  1,2 (solos finos nãocimentados)
OCR KD ( , . ) ,0 67 1 91 ID > 2,0
OCR m KD
n ( . ) 1,2 < ID  2,0
Onde:
m = 0,5 + 0,17. P
n = 1,56 + 0,35 . P
P = (ID - 1,20) / 0,80
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da razão de pré-adensamento segundo Lunne et al.
(1989)
Argilas jovens (< 70.000
anos)OCR KD ( , , ). ,0 38 0115 117
OCR KD 2 7 1 17, . , Argilas envelhecidas (> 60milhões de anos)
Incerteza associada de mais ou menos 30%
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da razão de pré-adensamento segundo Kamei e Iwasaki
(1994)
OCR KD 0 1 43,34. ,
Análise com dados de
ensaios DMT em todo o
mundo.
6,0.14,1 3,00  OCRK
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da razão de pré-adensamento segundo Lunne et al.
(1989).
Depósito de argila orgânica
muito mole
Comparação de resultados para o SESI – Ibura: OCR (PEREIRA, 1997).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
0 1 2 3 4
DMT p/ m=0,27
DMT p/ m=0,38
Laboratório
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação do coeficiente de empuxo no repouso
MARCHETTI (1980) 
ID  1,2 (argilas moles e médias)K KO D 

 15 0
0 47
,
,6
,
LUNNE et al. (1990) 
K KO D 0 0 54,34. ,
K KO D 0 0 54,68. ,
Argilas jovens (< 70.000 anos)
para Su/’vo < 0,8
Argilas envelhecidas (> 60 milhões de
anos) para Su/’vo > 0,8
ENSAIODILATOMÉTRICO
Comparação de resultados para o SESI – Ibura: k0 (PEREIRA, 1997).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
0 0.3 0.6 0.9 1.2
DMT (Lunne, 1990)
Ko (Mayne e Kulhavy, 1982)
Ko 
(Camada 1)
(Camada 2)
K0 (DMT) = 0,34.KD
0,54
Coeficiente de Empuxo no Repouso
K0 (lab.) = (1-sen’).OCR sen’
(MAYNE E KULHAVY, 1982)
Obs.: Para  = f(IP), 
(KENNEY, 1959)
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação do coeficiente de empuxo no repouso
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da resistência não drenada Su:
MARCHETTI (1980) 
LACASSE e LUNNE (1988)
S Ku vo D 0 20 0 5 1 25, . ' .( , . ) ,
IWASAKI e KAMEI (1995) 
Su P 0 35, . '
S Ku vo D 0 22 0 5 1 25, . ' .( , . ) ,
S Ku vo D 0 35 0 47 114, . ' .( , . ) ,
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para ARGILAS :
Determinação da resistência não drenada Su:
Comparação de resultados para o SESI – Ibura: Su (PEREIRA, 1997).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
0 10 20 30 40
DMT (L t l 1988)
Su (kPa)
(Camada 1)
(Camada 2)
Su=0,20.vo.(0,5.KD)1,25
Su=0,22.vo.(0,5.KD)1,25 ,(Marchetti, 1980)
,(Lunne et al., 1988),
,
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para AREIAS :
Determinação do coeficiente de empuxo no repouso:
SCHMERTMANN (1983) 
BALDI et al. (1986)
K0 = 0,376 + 0,095 KD - 0,0046 qC / ’vo
qC - Resistência de penetração do cone 
K0 = {[ 40 + 23 KD - 86 KD (1-sin’ax) + 152 (1-sin’ax) -
717 (1-sin’ax)2]/[192-717(1-sin’ax)]}
’ax - ângulo de atrito assimétrico 
• Teoria de capacidade de carga de 
Durgunoglu e Mitchell (1975);
• Procedimento de Campanella e 
Robertson (1991). 
SILVA (1996)
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para AREIAS :
Determinação do coeficiente de empuxo no repouso:
Comparação de resultados para o Port of Oakland: K0 (SILVA, 1996).


  


 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
K0
P
r o
f u
n d
i d
a d
e 
( m
)
Coeficiente de Empuxo
 no Repouso
 AREIA
 SILTOSA
ARGILA
K0 (DMT; Schmertmann, 1982)
K0 (DMT; Baldi et al, 1986)
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para AREIAS :
Determinação do ângulo de atrito efetivo:
1) MARCHETTI (1988)
SILVA (1996)
a) Determinação de K0 –
BALDI et al. (1986);
b) Encontrar a relação qc /’v0
através de Campanella e
Robertson (1991), ’v0 -
tensão efetiva vertical e qC -
resistência de penetração
do CPT;
ENSAIO DILATOMÉTRICO
SILVA (1996)
c) Entrar com os dados obtidos em (a)
e (b) na carta de Marchetti (1988).
ENSAIO DILATOMÉTRICO
SILVA (1996)
2) ROBERTSON E 
CAMPANELLA (1991)
a) Determinação de K0 –
BALDI et al. (1986);
b) KD do ensaio de DMT;
c) Entrar com os dados
obtidos em (a) e (b) na
carta de Marchetti (1988).
Parâmetros geotécnicos para AREIAS :
Determinação do ângulo de atrito efetivo:
ENSAIO DILATOMÉTRICO
Parâmetros geotécnicos para AREIAS :
Determinação do ângulo de atrito efetivo:
Comparação de resultados para o Port of Oakland: ´(0) (SILVA, 1996).
P
r o
f u
n d
i d
a d
e 
( m
)
  ' ( ) 0
Ângulo de atrito
 Efetivo
POO7-2 






 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20 30 40 50 60
20 30 40 50 60
ARGILA
 AREIA
 SILTOSA
Ensaio Pressiométrico
Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e Geociências (CTG)
Departamento de Engenharia Civil
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Definição:
Elemento de forma cilíndrica projetado para aplicar uma pressão
uniforme nas paredes de um furo de sondagem, através de uma
membrana flexível, promovendo a consequente expansão de uma
cavidade cilíndrica na massa de solo.
Objetivo:
• Fornecer uma medida in situ do comportamento tensão-deformação
do solo.
• Reduzir ou eliminar os possíveis efeitos de amolgamento gerado pela
inserção da sonda no terreno.
• Adaptar essa técnica de ensaio in situ às diferentes condições de
subsolo.
Tipos de pressiômetros:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Agrupa-se os equipamentos em três categorias:
Pressiômetro em perfurações – A sonda é inserida em um furo de
sondagem previamente escavado. Relativamente simples e exige
cuidados especiais. Relação diâmetro do furo (df) e da sonda (ds) = df/ds
= 1,15 devido as limitações de expansão da sonda.
Pressiômetro auto-perfurante (SBPM) – Consiste em minimizar os efeitos
de perturbação do solo ao redor da sonda, gerados pela inserção do
equipamento no terreno.
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Pressiômetro em perfuração tipo MÉNARD a partir de SCHNAID (2000)
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Pressiômetro auto-perfurante a partir de SCHNAID (2000)
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Pressiômetro cravado
A penetração no terreno é forçada através de cravação. Entre as diferentes
técnicas destaca-se a do cone-pressiômetro (CPTM). Combina-se a
robustez do cone com a habilidade do pressiômetro em fornecer medidas
completas do comportamento tensão-deformação do solo.
Qualidade do ensaio:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Necessita controle rigoroso de execução e procedimento cuidadosos de
calibração, qualquer que seja o modo de inserção da sonda no terreno.
Calibrações:
Deve ser calibrado regularmente, antes e após a realização de cada
programa de ensaios. Deve-se considerar:
• Os sistemas de medição: medidores de pressão e deslocamento
• As variações do sistema: expansão da tubulação que conecta o 
painel de controle a sonda , existência de ar no sistema.
• A resistência da sonda: rigidez da membrana e diminuição da 
espessura da membrana
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
•Sonda cilíndrica de 60 mm de
diâmetro e 500 mm de
comprimento;
•Sistema de tubulação coaxial
capaz de atingir 50 metros
sem reserva;
•Unidade de controle de
pressão e volume;
•Fonte de pressão (mecânica).
•O ensaio é realizado sobre
pressão controlada. Em cada
incremento de pressão as
leituras do nível do
volumímetro são registradas
os 15, 30 e 60s. Construção
do gráfico pressão x volume.
Pressiômetro de Ménard (1957)
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
•Diminui os efeitos de
perturbação do solo
durante a perfuração;
•Tensão ou deformação
controlada.
•Três sensores elétricos de
deformação espaçados
radialmente em 120º e
posicionados no plano
médio da sonda.
•Sonda unicelular com
relação comprimento /  =
6, munida de medidor de
poro-pressão;
•Broca movida por motor-
bomba.
Croqui da sonda auto-perfurante.
Pressiomêtro Auto-Perfurante (1970):
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
•Sonda unicelular de 35 mm
de diâmetro e 230 mm de
comprimento;
•Sistema de tubulação para
injeção de água
pressurizada na sonda;
•Unidade de controle de
pressão e volume;
•Fonte de pressão
(mecânica).
Sonda do pressiômetro de BRIAUD em estado de expansão total.
Pressiomêtro de Briaud (1978)
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
•Associa medidas de
resistência nas direções
radial e vertical;
•Obtenção direta de
parâmetros de resistência
(pressão limite e módulo
cisalhante) ;
•Seção pressiométrica
possui uma relação
comprimento /  = 10;
Aspecto estrutural do cone pressiométrico BRIAUD (1992) e YU et al. (1996).
Cone Pressiométrico (1985):
Calibração do pressiômeto de Ménard:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Curvas típicas de calibração do aparato pressiométrico CAVALCANTE (1997).
Pressuriza-sea sonda no
interior de um tubo de aço de
paredes espessas. A pressão
é aumentada em incrementos,
cada incremento é mantido
durante 60s e depois é
traçada a curva, pressão x
deslocamento.
Procedimento do ensaio:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Esquema de ensaio com pressiômetro de Ménard.
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Foto do equipamento completo do pressiômetro.
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Foto da sonda pressiométrica e bainha.
bainha
Célula 
central de 
medida
Célula 
guarda
Descarga 
de água
Entrada 
de água e 
gás
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Foto da bainha rompida.
Foto da sonda expandida.
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Módulo Pressiométrico Inicial (E0) – Parâmetros de deformabilidade:
Adaptação
da sonda 
ao furo
Fase 
pseudo‐
elástico
Fase 
plástica
Curva pressiométrica
corrigida ideal.
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Curva pressiométrica corrigida ideal.
Módulo Cíclico (Er) – Parâmetros de deformabilidade:
Para areias:
Para argilas:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Método gráfico para determinação de ho CAVALCANTE (1997).
Tensão Horizontal no Repouso (ho) – parâmetros de resistência:
ho = 20 x Z (kPa)
AMAR E JEZEQUIEL (1972)
ho = 46 x Z0,8 (kPa)
CLARKE (1993)
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Pressão Limite (PL) – parâmetros de resistência:
Método usado para estimativa da pressão limite CAVALCANTE (1997).
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Pressão de Fluência (Pf) – parâmetros de resistência:
Curva de fluência típica CAVALCANTE (1997).
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Parâmetros de resistência não drenada de argilas:
CAVALCANTE (1997).
Su = PL* / b => onde b é relação G / Su (índice de rigidez);
G é o módulo de cisalhamento
Su = (PL* /10) + 25
Através do método da pressão limite:
AMAR e JEZEQUIEL (1972) propõem b igual a 5,5, desde que PL* seja > 
300 kPa. Caso contrário:
BAGUELIN et al (1978) e BRIAUD et al (1985) propõem a expressão a 
seguir:
Su = 0,67(PL*) 0,75
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Resultados para o depósito do SESI – Ibura
MÓDULO PRESSIOMÉTRICO (Eo) e MODULO CICLICO (Er) 
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20 25 30 35
Er - 1 
Er - 2 
Er - 3 
Er - BRIAUD (1992)
(MPa)
P
R
O
F
U
N
D
I
D
A
D
E
 
(
m
)
AREIA MÉDIA / ARGILA
ARGILA 
ORGANICA
TURFA
ATERRO
Er/Eo - BRIAUD (1992)
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10 12 14
Er/Eo - 1 
Er/Eo - 2 
Er/Eo - 3 
AREIA MÉDIA / ARGILA
ARGILA 
ORGANICA
TURFA
ATERRO
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5 6
Eo - 1 
Eo - 2 
Eo - 3 
Eo - BRIAUD (1992)
(MPa)
MOLE MEDIA RIJA
AREIA MÉDIA / ARGILA
ARGILA 
ORGANICA
TURFA
ATERRO
Resultados de argila mole em Recife:
ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
Resultados de argila mole em Recife:
Resultados para o depósito do SESI – Ibura (BANCO DE DADOS DE CAMPO).
Pf - BRIAUD (1992) 
(KPa)
0
5
10
15
20
0 100 200 300 400 500 600
Pf-1
Pf-2
Pf-3
ATERRO
TURFA
ARGILA 
ORGANICA
AREIA MÉDIA / ARGILA
Pl - BRIAUD (1992) 
(KPa)
0
5
10
15
20
0 100 200 300 400 500 600 700
Pl-1
Pl-2
Pl-3
ATERRO
TURFA
ARGILA 
ORGANICA
AREIA MÉDIA / ARGILA
P
R
O
F
U
N
D
I
D
A
D
E
 
(
m
)
Po - BRIAUD (1992) 
(KPa)
0
5
10
15
20
0 50 100 150 200 250 300
Po-1
Po-2
Po-3
ATERRO
TURFA
ARGILA 
ORGANICA
AREIA MÉDIA / ARGILA