ensaios

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Ensaios de campo
Caracterização Geotécnica
Jaime A. Santos (IST)
DFA em Geotecnia para Engenharia Civil
O ensaio SPT (Standard Penetration Test) é realizado na base de um furo de 
sondagem e consiste em cravar no terreno um amostrador com dimensões e energia 
de cravação normalizadas (pilão com 63,5 kg de massa e altura de queda de 
760mm). O ensaio é realizado em três fases com penetrações de 15cm, 
respectivamente. Devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de 
furação, desprezam-se os resultados obtidos na primeira fase. O número de 
pancadas necessárias para atingir a penetração de 30cm (segunda e terceira fase) 
define o valor de N (SPT).
O ensaio é utilizado principalmente para a determinação das propriedades 
mecânicas dos solos arenosos.
Trata-se de um ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é talvez o ensaio 
mais utilizado na prática para o reconhecimento das condições do terreno.
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Correlações “desactualizadas” com base no valor de N
Factores correctivos:
(N1)60 = ERr/60 •λ• CN• N ...
ERr – eficiência
λ - factor de correcção do 
comprimento das varas 
CN – factor de correcção da 
tensão efectiva de recobrimento 
(areias)
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com a energia de cravação (ERr/60):
Considerou-se para efeitos de normalização uma eficiência de 60% para o sistema de 
cravação, isto é, só 60% da energia potencial (produto da massa pela altura de queda 
do pilão) atinge o extremo inferior do equipamento.
Os equipamentos com dispositivo de disparo automático do pilão apresentam uma 
eficiência da ordem dos 60%, enquanto que os equipamentos mais antigos em que é 
necessário elevar e largar o martelo através de um dispositivo de corda e roldana, as 
perdas de energia são bastante superiores e a eficiência reduz para valores da ordem 
dos 45%.
(Nota: 45% / 60% = 0.75 – Assim, por exemplo, um resultado de N=20 obtido num 
equipamento de corda e roldana é equivalente a um resultado de N=15 num 
equipamento de disparo automático do pilão.
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com o comprimento das varas (EC7):
1,0> 10
0,956 – 10
0,854 – 6
0,753 – 4
λComprimento total das varas (m)
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Factor correctivo relacionado com a tensão efectiva de recobrimento (EC7):
Nota: σ’v em kPa x 10-2, assim para uma tensão efectiva de 
recobrimento de 100kPa tem-se σ’v=1 e CN=1
Não são recomendáveis valores de CN superiores a 2 (ou 
preferivelmente 1,5)
1,7/(0,7+σ’v)Sobreconsolidadas
3/(2+σ’v)60 a 80
2/(1+σ’v)40 a 60Normalmente
consolidadas
CNCompacidade 
relativa ID(%)
Tipo de areia
Ensaio de penetração dinâmica SPT
)materialb,a()ba(IN:)(Skempton vD →σ′+= 2601986
Exemplo:
Terreno arenoso (NC) com γ=20kN/m3
z=4m, obteve-se N60=10
z=20m, obteve-se N60=20
Aplicando os factores correctivos:
z=4m, (N1)60= 0,75 x 200/(100+4x20) x 10 = 8,3 !
z=20m , (N1)60= 1,0 x 200/(100+20x20) x 20 = 8,0 !
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Importância dos factores correctivos
Anexo F da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo 
semi-empíricos baseados no Standard Penetration Test (SPT):
Exemplo:
(N1)60, granulometria → areias: Dr, φ‘
Método de cálculo de assentamentos em fundações superficiais
EC7. Correlações com carácter informativo
Consistência de argilas
> 400> 30Rija
qu – resistência à compressão simples
O factor de correcção CN não é aplicável para os solos argilosos
200 a 40015 a 30Muito dura
100 a 2008 a 15Dura
50 a 1004 a 8Média
30 a 502 a 4Mole
< 30< 2Muito mole
qu (kPa)N (SPT)Consistência
Ensaio de penetração dinâmica SPT
Ensaio de penetração dinâmica SPT
“As correlações baseadas no SPT são malditas,
porém são necessárias.
Ainda assim, pelo uso indevido da metodologia,
há ocasiões em que me arrependo de tê-las publicado.”
Dirceu Velloso, 1998
Ensaios com cone penetrómetro (CPT/CPTU)
Os ensaios CPT (cone penetration test) e CPTU (piezocone com medição da 
pressão intersticial) são considerados internacionalmente como uma das mais 
importantes ferramentas de prospecção geotécnica.
O princípio do ensaio consiste na cravação no terreno de uma ponteira cónica 
(60º de ângulo de abertura) a uma velocidade constante de 20mm/s. A secção 
transversal do cone apresenta uma área de 10cm2.
No ensaio CPT medem-se as resistência de ponta e lateral: qc e fs.
No ensaio CPTU mede-se ainda a pressão intersticial da água. Ensaios de 
dissipação do excesso de pressão intersticial gerado durante a cravação do 
piezocone no solo podem ser interpretados para a obtenção do coeficiente de 
consolidação Ch.
Ensaios de penetração (CPT/CPTU)
Ensaio CPT
Resistência de ponta: qc [FL-2]
Resistência lateral: fs [FL-2]
Razão de atrito: Rf=fs/qc
Ensaio CPTU
Resistência de ponta corrigida: qt
qt = qc+ (1-a)•u ; a = AN/AC
Parâmetros adimensionais:
Bq , Qt , Fr
AC
ANu
The Seismic Cone Penetration Test 
combines the seismic downhole technique 
with the standard Cone Penetration test. 
A seismic receiver is added to the cone, 
then the similar procedure as the one 
followed with the seismic downhole test 
is used. The shear wave velocity 
calculation, therefore, is similar to that 
of the downhole.
The advantages of SCPT are: its speed, 
the fact that it provides static soil 
properties (such as point bearing and 
sleeve frictional resistance), as well as 
ground proofing and stratigraphy of the 
site.
Cone Sísmico (SCPT/SCPTU)
Ensaios de penetração (CPT/CPTU)
Componentes do equipamentoSistema de cravação
Ensaios de penetração
(CPT/CPTU/SCPTU)
Ensaio de penetração CPT
Classificação do solo
Robertson & Campanella (1983)
(Rf=fs/qc)
Ensaio de penetração CPTU
Classificações com base no CPTU (Robertson, 1990)
1 – Solo fino sensível
2 – Solos orgânicos – turfas
3 – Argilas - argilas a argilas siltosas
4 – Misturas siltosas - argilas siltosas a siltes argilosos
5 – Misturas arenosas - siltes arenosos a areias siltosas
6 – Areias - areias siltosas a areias limpas
7 – Areias a areias com cascalho
8 – Areias a areias argilosas muito compactas (cimentadas)
9 – Solos finos muito duros (fortemente sobreconsolidados)
Coeficiente de consolidação horizontal - Ch
r
2
h
IR
tCT =* T* – factor tempo (adim.)
t – tempo
Ir – índice de rigidez (G/Cu)
R – raio do piezocone
1-U – % de dissipação
Factor T* segundo Houlsby e Teh (1988):
Posição do filtro 
1-U 
(%) Vértice do cone Face do cone 
Base do 
cone 
5 raios 
acima da 
base 
10 raios 
acima da 
base 
20 0.001 0.014 0.038 0.294 0.378 
30 0.006 0.032 0.078 0.503 0.662 
40 0.027 0.063 0.142 0.756 0.995 
50 0.069 0.118 0.245 1.110 1.460 
60 0.154 0.226 0.439 1.650 2.140 
70 0.345 0.463 0.804 2.430 3.240 
80 0.829 1.040 1.600 4.100 5.240 
 
Atenção ao efeito de 
cravação – adensamento 
nos solos normalmente 
consolidadost
IRT
C r
2
h
*
=
Efeito da cravação:
Anexo C da parte 2 do EC7 - parâmetros derivados e métodos de cálculo 
semi-empíricos baseados no Cone Penetration Test CPT.
Exemplo:
qc, fs, granulometria → areias: compacidade relativa, φ', Es
Método de cálculo para fundações superficiais
Método de cálculo para fundações por estacas
EC7. Correlações com carácter informativo
Correlação qc-cu
cu=(qc-σv0)/Nk (CPT)
cu=(qt-σv0)/Nkt (CPTU)
Os valores de Nk e Nkt variam, em geral, entre 10 e 20. Estes 
valores podem ser utilizados como valores de referência, mas é 
desejável determiná-los no local visando uma maior precisão na 
obtenção de cu.
Correlação qc-NSPT
Os ensaios SPT e CPT são provavelmenteos ensaios mais utilizados 
em todo o mundo. É desejável, por isso, estabelecer correlações entre 
as medidas dos dois ensaios. Existem diversas propostas de 
correlações do tipo qc-NSPT expressas em função do diâmetro médio 
das partículas (D50).
Infelizmente, é necessário reconhecer que os dados do ensaio SPT
utilizados nestas correlações não foram corrigidos tendo em conta a 
energia de cravação, as perdas de energia nas varas, etc.., o que pode 
explicar em parte a dispersão dos resultados como se mostra na figura 
qc-NSPT.
Correlação qc-NSPT
Nota: pa=100kPa
Resistência de Ponta (qc) [MPa]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
Razão de Fricção Rf=fs/qc (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
km 7+904
Tv
a0
a0a
a0
a1
a2
a3
Tv - Terra 
 Vegetal
a0a - Arg. 
 Sil. Org.
a0 - Lodos
a1 - Areias
 Lodosas
a2 - Areias
a3 - Cascalheiras
NSPT =1
NSPT de 1 a 2
NSPT de 13 a 14
NSPT de 2 a 6
NSPT de 13 a 31
NSPT de 44 a 46
Vale aluvionar do Tejo: Zona do Carregado
Razão de Fricção Rf=fs/qc (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 10 20 30 40
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
Resistência de Ponta (qc) [MPa]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 10 20 30 40
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
km 5+459
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
a0
a0a
Tv
a0a
a0
a0
a0
a1
a1
a1
a2
a3
M
Tv - Terra 
 Vegetal
a0a - Arg. 
 Sil. Org.
a0 - Lodos
a1 - Areias
 Lodosas
a2 - Areias
a3 - Cascalheiras
M - Miocénico
NSPT = 1 
NSPT = 4 
NSPT = 3 
NSPT de 1 a 2
NSPT = 1 a 11
NSPT de 0 a 1 
NSPT de 14 a 26 
NSPT de 6 a 11 
NSPT = 34 
NSPT = 12 
NSPT = 40 a 60 
NSPT = 60 
Vale aluvionar do Tejo: Zona do Carregado
Ensaio de corte rotativo
Secção A-A
Sup. rotura
Pás do molinete
Caracterização de solos moles (N < 4, máx ≈7)
Ensaio de corte rotativo
Hipóteses (EC7):
• comp. isotrópico - b=cuv/cuh=1
• dist. de tensões uniforme nas sup. 
horizontais dos topos – n=0, 
τx/τx=R = (x/R)n
• altura das pás é igual ao dobro da 
largura – H = 2D
• mostra-se que nestas condições 
cu = 0.86 M / π D3 = 0.273 M / D3
O ensaio permite determinar a 
resistência não drenada de pico e 
residual dos solos argilosos 
Admitindo as hipóteses de base do EC7 tem-se:
Na superfície lateral
M1 = τ x Área lateral x braço = τ (π D H) D/2 = τ π D2 H/2
Nas superfícies do topo e da base
M2 = 2 Iτ (2 π r) r dr = τ 4 / 3 π R3
Atendendo a que H = 2D e τ = cu
M = M1 + M2 = cu D3 7/6 π, ou seja,
cu = (6/7 M) / (π D3) = (0.86 M) / (π D3) 
M
τ
Ensaio de corte rotativo
Ensaio de corte rotativo
É de salientar que na avaliação da resistência não drenada de um solo 
argiloso há que ter em consideração diversos factores tais como: a 
tensão de consolidação, a trajectória de tensões, a anisotropia, a taxa 
de deformação, etc..
Casos históricos de escorregamentos de taludes em terrenos argilosos 
proporcionaram dados importantes para estudos de retro-análise que 
permitiram determinar factores de correcção para a resistência não 
drenada obtida no ensaio de corte rotativo. O EC7 apresenta, a título 
informativo, uma proposta para estes factores de correcção.
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70
S u (kPa)
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
Resistência não drenada normalizada em relação à tensão efectiva
Solos aluvionares do Tejo
(3 locais)
Resistência não drenada normalizada em relação à tensão efectiva
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3
Su/ σ 'v
p
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
 
(
m
)
OCR=1
OCR=2
OCR=3
OCR=4
OCR=5
OCR=10
OCR=20
( ) 80040230 ,
v
u OCR.,S ±=σ′
Jamiolkowski et al. (1985)
Solos aluvionares do Tejo
Pressão limite:
pLM (pL)
Módulo Menard:
EM
Ensaio pressiométrico 1) tipo Menard (em pré-furo)2) autoperfurador
EC7-part 3
5-123-51-1.5
3-4
3-42.5-3.51-2.5qc/pLM
Areia ou 
cascalho
Silte
compacto
Areia solta
ou silte
compressível
Argila 
rija
Argila dura a 
muito dura
Argila 
mole
Tipo de 
solo
Gaguelin et al. (1978)
0.71.91.62.32.92.6N60/EM
62318262132N60/pLM
GessoMargaArgila 
plástica
Argila 
mole
AreiaSilteTipo de 
solo
Gonin et al. (1992)
Obs: Valores de pLM e EM em MPa
Anexos da parte 2 do EC7 (parâmetros derivados e 
métodos de cálculo semi-empíricos. Destacam-se 
os seguintes:
• Anexo D – Cone Penetration Test (CPT)
• Anexo E – Pressuremeter Test (PMT)
• Anexo F – Standard Penetration Test (SPT)
• Anexo G – Dynamic Probing Test (DP)
• Anexo I – Field Vane Test (FVT)
• Anexo K – Plate loading test (PLT) 
EC7. Correlações com carácter informativo