Ensaio PMT & Martelo de Schmidt

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Universiade Lúrio
Faculdade de Engenharia
Licenciatura em Engenharia Geológica 
Dinâmica de Solos e Minas
3º Nível, II Semestre
Ensaio Pressiométrico PMT e Esclerómetro ou Martelo de Schmidt
César Belmiro de Melo Desejo J. J. Mechequene, Lic
Julião Chaque Julião Zamundine A. Cafuro, Lic
Nelito José
1. Introdução
Na geologia de engenharia um dos campos com maior relevância, mais destaque e mais importante é o da geotecnia, pois este é tido como alicerce na área de construção civil e da geologia que é empregada nos ensaios virados com o comportamento dos materiais (solo ou rocha), em que a resistência dos materiais, as propriedades fisico–químicas dos materiais constituem os parâmetros de estudo. Assim, para que esses estudos sejam levados a cabo é preciso primeiro saber o que se pretende ensair, onde ensaiar, como ensaiar e por que ensaiar, para assim escolher o ensaio viável.
1.1.Objectivos
1.1.1.Geral:
Descrever os princípios de funcionamento do ensaio
1.1.2.Específicos:
Mencionar as finalidades geotécnicas do ensaio;
Mencionar as vantagens e as limitações do ensaio;
Mencionar os parâmetros físicos a serem determinados pelo ensaio.
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1.2.Metodologia
Para a realização do trabalho, foi necessário a revisão bibliográfica de modo que se percebesse de que forma os ensaios incumbidos ao grupo como eles são executados, revisão essas feitas nas variadas obras publicadas da área de geologia e construção civil, em particular no campo da geotecnia.
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2.Ensaio Pressiométrico
A evolução histórica desse ensaio mostra que desde o surgimento da ideia de ensaio, as suas técnicas e equipamentos se modificaram ao longo do tempo, seja com a criação de novos equipamentos e procedimentos de execução, ou novos formatos. A partir de ensaios pressiométricos busca-se ensaiar vários tipos de solos e atender a várias condições geográficas, ao redor do mundo (Imamura, 2017).
Em 1955, o instrumento desenvolvido por Ménard, se tornou conhecido como o pressiômetro de Ménard. Este novo equipamento foi utilizado pela primeira vez em Chicago para obter parâmetros e propriedades do subsolo para um projeto de estruturas e, desde então, tornou-se um dos tipos de pressiômetro mais utilizados (Clarke, 1995 apud Imamura, 2017).
Pressiômetros são equipamentos cilíndricos desenvolvidos originalmente por Louis Ménard, em 1955, com o objectivo de aplicar pressões uniformes nas paredes de um furo, de diâmetro D, por intermédio de uma membrana flexível, cilíndrica e de comprimento L. Os ensaios realizados com este tipo de equipamento são conhecidos como ensaios pressiométricos e os dados são interpretados com base na teoria de expansão de um cilíndro de solo de espessura infinita (DAS, 2007) apud (Oliveira, 2010).
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2.1.Princípios de funcionamento do ensaio pressiométrico
Ensaio consiste, segundo Bruschi (2010) apud Imamura (2017), na medida da deformação radial interna da parede de um furo mediante uma sonda cilíndrica dilatada aplicando incrementos graduais de pressão. 
A expansão da sonda acarretará em uma compressão horizontal do solo na zona envolvente, impondo deformação radial à membrana por meio de injecção de água na célula central e de gás nitrogênio extra-seco nas células de guarda.
É possível determinar os parâmetros relacionados com o estado de tensão in situ (resistência e deformabilidade) a partir de uma lei de comportamento comparada a expansão de uma cavidade cilíndrica de comprimento infinito situada num meio infinito, isotrópico e homogêneo sujeito a um estado de tensão uniforme, (Felizardo, 2008)
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2.2.Tipos de pressiômetro
Para Clarke (1995) apud Imamura (2017), uma definição completa para pressiômetro seria: uma sonda cilíndrica que possui uma membrana expansível flexível projectada para aplicar uma pressão uniforme às paredes de um furo.
A pressão aplicada e o aumento de volume são monitorados durante o ensaio com o pressiômetro e esses dados são utilizados para produzir a curva tensão vs deformação de cada parâmetro de projecto ou propriedade do solo determinada.
Atendendo a definição de Clarke (1995), pode-se encontrar diversos tipos de pressiômetro, classificados pelo seu modo de instalação no terreno e pela diferença das suas células expansivas:
2.2.1. Pressiómetros em pré-furo
Os pressiômetros em pré-furo são aqueles colocados em furos previamente escavados, conhecidos como PDPs, sigla que significa Predrilled Pressuremeters do inglês, ou PBP, Preboring Pressuremeters. Dentre eles os mais conhecidos são o Pressiômetro de Ménard e o Pressiômetro de Briaud. Esses pressiômetros são tricelulares, sendo que sua sonda possui uma célula central e duas células de guarda (ARAÚJO, 2001) apud (Imamura, 2017).
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2.2.2. Pressiómetros auto-perfurantes
Os pressiómetros auto-perfurantes ou SBPs, sigla para Self-Boring Pressuremeters, foram desenvolvidos para minimizar os efeitos da instalação que os pressiômetros de pré-furo causavam ao solo circunvizinho ao furo.
O exemplo mais conhecido desse pressiômetro é o CamKometer, da Cambridge in situ, seguido pelo PAF de Jézéquel. Ambos pressiômetros são unicelulares.
2.2.3. Pressiómetros “cravados” ou cone-pressiómetros
Os pressiómetros cravados, ou PIP, Push-in Pressuremeters ou FDP, Full Displacement Pressuremeters são aqueles “empurrados” contra o solo, desenvolvidos no final da década de 70, como consta em (Araújo, 2001) apud (Imamura, 2017). Embora sejam mais rápidos que os demais ensaios pressiométricos, esse tipo de ensaio causa uma sequência de distúrbios ao ser empurrado contra o terreno.
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Pressiómetro de pré-furo, de auto-perfurante e cravado ou de cone, respectivamente (Felizardo, 2008)
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Tipos de Pressiômetros quanto ao modo de instalação da sonda (Imamura, 2017) modificado de (CLARKE, 1995
apud DOURADO, 2005).
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2.3.Finalidades geotécnicas do ensaio pressiométrico
Com base nos parâmetros ou medições de ensaio é possível deduzir alguns parâmetros geotécnicos. No contexto do ensaio com pressiometro de Menard é possível calcular apenas a coesão não drenada (Cu), o ângulo de atrito (k') e o módulo distorsional (G).
2.3.1.Módulo distorsional
O módulo de distorsional dos solos é determinado a partir da rigidez da cavidade determinada num ciclo descarga/recarga. Na realidade estes ciclos sofrem pouca influência da perturbação eventualmente introduzida na fase de instalação (Powell, 1990; Clarke, 1992) apud (Felizardo,2008). A deformabilidade é dada, tanto para o pressiómetro de Ménard como para o auto-perfurador, através do módulo de distorção, G:
G = 0,5rΔp/Δr
Em que p representa a pressão aplicada e r representa o raio da cavidade deformada.
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2.3.2. Ângulo de atrito, Ângulo de dilatância
A determinação dos ângulos de atrito e de dilatância a partir do pressiometro assenta no modelo desenvolvido por Hughes et al (1977), com utilização dos factores de correcção propostos por Fhaey e Randolph (1984), em que se admite um comportamento elástico até à ruptura, a qual se processa com ângulos de atrito e dilatância constantes apud (Felizardo, 2008).
3.3.3. Coesão não drenada
A resistência ao corte não drenada pode ser determinada pelo declive da Curva Pressão aplicada log(Δv/ν) (variação volumétrica), assumindo um comportamento plástico (Clarke, 1992, Baguelin, 1972, Ladnyi, 1972 e Palmer, 1972) apud (Felizardo, 2008).
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2.4.Vantagens e limitações do ensaio pressiométrico
2.4.1.Vantagens
A sua curva de referência representa todas as fases de comportamento de um solo: elástica, plástica e creep (fluência plástica);
Um grande número de propriedades fundamentais do solo é obtido a partir de um único teste;
Testes pressiométricos são rotineiramente usados para calibrar modelos de elementos finitos de problemas geotécnicos complexos;
A operação comercial mostrou que os instrumentos, embora mais complexos que os equipamentos convencionais de investigação no local, são confiáveis;
As medições são feitas in situ com uma tensão confinante apropriada.
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2.4.2.Limitações
Os parâmetros de resistência e deformabilidade obtidos do ensaio não são comparáveis aos obtidos por outros ensaios o que dificulta a sua aplicação nas formulas clássicas de capacidade de carga;
Utilização complicada em solos grosseiros;
Necessidade de pessoal especializado;
O uso de uma análise inadequada para interpretar um teste de pressiómetro pode resultar em parâmetros seriamente enganosos;
Os planos de falha e os modos de deformação nem sempre são apropriados para os que ocorrem no projecto final. Uma estimativa da anisotropia do material será necessária para derivar parâmetros verticais de valores laterais.
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2.5.Parâmetros físicos determinados pelo ensaio pressiométrico
De modo a perceber melhor o seu funcionamento, é preferivel ficar com uma primeira noção dos resultados que se vão obter. As medições realizadas vão definir as curvas pressiométricas e de fluência, de onde de deduzem os parametros físicos de ensaio:
Pressão inicial, Po – corresponde à pressão em que a membrana se encosta plenamente ao solo. Este valor é determinado através da curva de fluência quando a diferença de leituras a 30 e 60s não é significativa (em geral 0 ou 1).
Pressão de fluência, Pf – é a pressão correspondente ao limite elástico e avalia-se novamente com recurso à curva de fluência, quando as diferenças de leituras de 30 e 60s começam a crescer. 
Módulo pressiométrico, EM – corresponde ao declive da recta da fase pseudoelástica, imitada inferiormente por Po e superiormente por Pf. A sua determinação é realizada através da expressão:
Em que, ν corresponde ao coeficiente de Poisson, V0 ao volume inicial da sonda, Vs e Vf ao volume inicial e final do trecho pseudo-elástico, ΔP à diferença de pressão no trecho pseudo-elástico (P2 - P1) e ΔV à diferença de volume, também, no trecho pseudo-elástico.
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Cont...
Pressão Limite, Pl – corresponde à pressão necessária para duplicar o volume inicial da cavidade, e representa um limite teórico a partir do qual o solo se deforma sem aumento de pressão (fluência). Este valor pode ser determinado directamente a partir do ensaio, ou através da definição de uma função de ajuste representativa dos pontos acima da pressão de fluência. 
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3.Esclerómetro ou Martelo de Schmidt
O esclerómetro é um aparelho que permite obter in situ, de uma forma simples e não destrutiva, a resistência à compressão de elementos de betão ou mesmo de um maciço rochoso.
O ensaio da esclerometria também chamado de rebound hammer method ou de Esclerómetro de Schmidt, sendo este último nome dado pelo Engenheiro suíço Ernest Schmidt, que em 1948 desenvolveu o primeiro modelo de martelos de Schmidt, no entanto com a evolução da tecnologia vários modelos foram produzidos (Caiado, 2014).
Encontra-se normalizado pela ACI 228.1R-03 e ASTM C805-02.
O principal objectivo do ensaio da esclerometria, é a medição da resistência à compressão do betão ou maciço rochoso, avaliando as suas propriedades mecânicas, através da medição da dureza superficial. É também frequentemente utilizado para avaliar a homogeneidade do betão ou de um maciço rochoso (Caiado, 2014).
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3.1.Princípios de funcionamento do ensaio esclerométrico ou Martelo de Schmidt
O ensaio consiste em comprimir a barra de percussão contra a superfície do material a ser ensaiado, uma massa (martelo) com uma mola que adquire uma quantidade de energia devido à extensão da mola até uma determinada posição. Quando a mola se solta, a massa faz ricochete ao embater contra a barra de percussão, ainda em contacto com o material. A distância percorrida pela massa no retorno, em percentagem da deformação inicial da mola, é denominada índice esclerométrico (IE) (Neville, 1997) apud (Caiado, 2014).
Onde:
δo – Distância da massa do esclerómetro, não ativada, à superfície a ensaiar, ou seja, alongamento inicial de referência do êmbolo do Esclerómetro;
δi – Distância da massa do esclerómetro, pronto a disparar, à superfície a ensaiar;
δr – Distância da massa do esclerómetro, devido à mola se encontrar tencionada devido ao
ressalto provocado pelo material.
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Em linhas gerais, o martelo é feita 10 vezes em cada bloco de material a ansaiar, numa direcção de impacto vertical. Para que os valores obtidos possam ser correlacionados no Ábaco de Miller. A escala do Martelo de Schmidt é arbitrária, indo de 10 à 100.
	Ilustração da sequência de execução do ensaio de Esclerometria (Caiado, 2014) modificado de (Moura, 2012)
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	Esclerómetro de Schmidt – secção longitudinal (Caiado, 2014) modificados de (Moura, 2012)
3.2.Finalidades geotécnicas do ensaio esclerométrico
O ensaio esclerométrico, tem as seguintes finalidades geotécnicas:
Estimar a resistência dos maciços rochosos;
Estimar a resistência dos maciços usando o ensaio de compressão uniaxial;
Medição da resistêcia à penetração e à dureza superficial (Pimenta, et al., 2016).
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3.3.Vantagens e limitações do ensaio esclorométrico
3.3.1.Vantagens
A facilidade de manuseio;
O baixo custo do equipamento;
A rapidez com que os dados são obtidos e danos praticamente nulos à superfície ensaiada;
Monitoramento da resistência do elemento ao longo do tempo;
É um ensaio não destrutivo, com resultados de medições rápidas e de baixo custo.
3.3.2.Limitações
O esclerómetro deve ser usado preferencialmente ortogonalmente na área de ensaio;
Quando o ensaio não for executado na posição horizontal, o índice esclerométrico deve ser corrigido;
Os resultados são afetados pela influência da gravidade sobre a força da mola do esclerómetro;
O impacto do esclerómetro não deve provocar vibração na peça;
Peças pequenas devem ser apoiadas ou fixadas (Evangelista, 2002) apud (Caiado, 2014).
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Referências Bibliográficas
Caiado, C. S. S. (2014). Determinação da Resistência In-Situ do Betão. Coimbra;
Felizardo, D. A. Da S. (2008). Manual interactivo de ensaios In Situ para caracterização de maciços. Aveiro;
Imamura, F. B. T. (2017). Utilização do Pressiómetro de Ménard na Avaliação da Capacidade de Carga de Estacas em Solo Tropical. Campinas;
Oliveira,, D. M. (2010). Ensaios Pressiométricos de Ménard em Maciços Compactados para Avaliação de Módulos Elásticos. Goiana.
Pimenta, et al., (2016). Esclerômetro de Schmidt em Basalto: Comparação com Ensaio de Compressão Uniaxial. Belo Horizonte.
Using pressuremeters: A guide to pressuremeter testing. Cambridge.
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