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Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 2)

Helio Marcos Fernandes Viana

Tema:

Prospecção e amostragem de solos (1.o parte) Conteúdo da parte 2 1 Introdução 2 Informações básicas que se buscam num programa de prospecção geotécnica 3 Processos (ou métodos) de prospecção do subsolo

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1 Introdução 1.1 Conceito de prospecção geotécnica Prospecção geotécnica é o conjunto de operações destinadas a determinar: a natureza, a disposição, e outras características de um terreno no qual se vai realizar uma obra. 1.2 Importância da prospecção (ou exploração) do solo A prospecção (ou exploração) do solo tem grande importância nos seguintes casos: a) Na construção das fundações das edificações tais como: prédios e casas; b) Na construção de muros de contenção ou de arrimo; c) Na determinação das características geotécnicas dos solos de jazidas, os quais são usados para construção de barragens, estradas e aterros; d) Na determinação das inclinações de taludes; e) Na determinação de correções ou alterações de solos de fundações de barragens; e f) Etc. OBS(s). i) Jazidas são depósitos naturais de solo, de minerais, de petróleo, etc.; e ii) Talude é a superfície inclinada de um aterro, de uma escavação, ou do terreno natural em relação ao plano horizontal que passa pela sua base.

A história da Engenharia Civil registra vários casos em que a inobservância de certos princípios de investigação do subsolo tem causado ruínas totais ou parciais de obras. Por exemplo: a) A torre Pisa na Itália, construída sob terreno argiloso, recalcou (ou afundou), e ficou inclinada e inútil; b) As rachaduras nos prédios de tijolos alvenaria no campus do MIT (EUA), que foram causadas por recalques (ou afundamentos) de cerca de 12,5 cm; c) As inclinações e rachaduras em prédios de Santos-SP, que foram causadas por recalques de até 30 cm; e d) Etc. 1.3 Custos do programa de prospecção (ou exploração) geotécnica

No Brasil o custo envolvido na execução de um programa de sondagens ou prospecção do subsolo varia entre 0,2 a 1% do custo total da obra.

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2 Informações básicas que se buscam num programa de prospecção geotécnica

As informações básicas que se buscam num programa de prospecção geotécnica (ou exploração do subsolo) são: i) As profundidades e as espessuras das camadas do subsolo; ii) A área em planta de cada camada de solo, que foi identificada no subsolo (Por exemplo: Área em planta da camada de solo de uma jazida); iii) A compacidade dos solos granulares (ou arenosos), e a consistência dos solos coesivos (ou argilosos) encontrados no subsolo; OBS(s). a) Para fins de prospecção geotécnica a compacidade é o estado em que os solos arenosos se encontram no subsolo; A compacidade varia em 5 (cinco) graus, que são: muito fofo, fofo, médio, compacto, e muito compacto; e b) Para fins de prospecção geotécnica a consistência é o estado em que os solos argilosos se encontram no subsolo; A consistência varia em 6 (seis) graus, que são: muito mole, mole, médio, rígida, muito rígida, e dura. iv) Na prospecção geotécnica deve-se localizar o nível de água; v) Na prospecção geotécnica se existir artesianismo (ou capacidade da água do subsolo se elevar por si só acima do terreno), então, a vazão do artesianismo deverá ser quantificada; e vi) Na prospecção geotécnica deve-se coletar amostras indeformadas, que possibilitam quantificar as propriedades mecânicas de interesse para engenharia, tais como: Permeabilidade do solo; Compressibilidade do solo; e Resistência ao cisalhamento do solo. OBS(s). a) Amostras são ditas como indeformadas, quando conservam a estrutura, a textura e a umidade do solo do local onde são colhidas; Ou seja, são amostras que sofrem alterações mínimas devido à ação do homem; b) A textura é o aspecto da união dos cristais do solo; e c) A estrutura do solo pode ser: floculenta, alveolar, esqueleto e etc.; tais estruturas serão apresentadas futuramente. 3 Processos (ou métodos) de prospecção do subsolo 3.1 Classificação dos processos (ou métodos) de prospecção geotécnica Os vários processos (ou métodos) de prospecção do subsolo utilizados correntemente na Engenharia Civil são classificados como: a) Processos de prospecção indiretos ou geofísicos; b) Processos de prospecção semidiretos; e c) Processos de prospecção diretos.

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3.2 Processos (ou métodos) de prospecção indiretos ou geofísicos i) Tipos de processos de prospecção indiretos ou geofísicos Os principais tipos de processos de prospecção indiretos são: a) O processo da resistividade elétrica; e b) O processo da sísmica de refração. ii) Características dos processos (ou métodos) de prospecção indiretos ou geofísicos Os processos de prospecção indiretos ou geofísicos apresentam as seguintes características: a) São processos de prospecção (ou exploração) do subsolo baseados na geofísica; OBS. Geofísica é a parte da física que estuda os fenômenos físicos que afetam a terra ou o solo. b) Os processos de prospecção indiretos são rápidos e econômicos; c) Os processos de prospecção indiretos não fornecem o tipo de solos prospectados; d) Os processos de prospecção indiretos fornecem informações de áreas amplas e extensas, e não apenas, em torno de um furo de sondagem como nos processos de prospecção diretos; e) Para interpretar as informações das prospecções indiretas, quase sempre, exige-se que sejam realizados alguns furos de prospecção direta; Por exemplo: Furos de sondagem tipo SPT; e f) Geralmente, os processos indiretos de prospecção fornecem resultados satisfatórios nos seguintes casos: Quando se pretende determinar a profundidade da camada rochosa; Quando se pretende determinar a espessura das camadas de solo; e Para se descobrir as descontinuidades das camadas de solo; Por exemplo: presença de cavernas. 3.2.1 Processo de prospecção por resistividade elétrica i) Princípio básico de funcionamento do método de prospecção por resistividade elétrica O princípio básico de funcionamento do método de prospecção da resistividade elétrica é que os materiais das camadas do subsolo (argilas, siltes, rochas, etc.) possuem valores diferentes de resistividade elétrica.

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ii) Equipamentos empregados no método de prospecção por resistividade elétrica Para realização da prospecção pelo método da resistividade elétrica são usados basicamente os seguintes equipamentos: a) 4 (quatro) eletrodos, sendo que: -> 2 (dois) eletrodos são eletrodos de corrente, os quais são designados de eletrodos externos; e -> 2 (dois) eletrodos são eletrodos de potencial, os quais são designados de eletrodos centrais. OBS. Eletrodo é um condutor metálico de corrente elétrica. b) Uma bateria e um amperímetro, que são conectados aos dois eletrodos externos ou de corrente; e c) Um voltímetro, que é conectado aos dois eletrodos centrais ou de potencial. iii) Principais procedimentos do método de prospecção por resistividade elétrica Os principais procedimentos do método de prospecção por resistividade elétrica são: a) Os 4 (quatro) eletrodos do equipamento de prospecção são instalados na superfície do terreno; b) Os 2 (dois) eletrodos externos do equipamento são conectados a uma bateria e a um amperímetro; c) Os 2 (dois) eletrodos centrais do equipamento são conectados a um voltímetro; d) A distância entre os eletrodos depende da técnica adotada na prospecção; Por exemplo, se for adotada a técnica de Wenner os eletrodos são equiespaçados; e) Através dos eletrodos externos é injetada corrente elétrica no subsolo, a qual gera um campo elétrico artificial no subsolo; e f) Através dos eletrodos internos é medida a diferença de potencial no terreno pelo voltímetro; Então, a resistividade elétrica do terreno é calculada pela fórmula de Wenner que corresponde a seguinte equação: (3.1) em que: ρ = resistividade elétrica do terreno supostamente homogêneo; d = distância comum entre os 4 (quatro) eletrodos; V = diferença de potencial; e i = corrente elétrica. OBS. A fórmula de Wenner, eq.(3.1), é válida para terrenos supostamente homogêneos. A Figura 3.1 ilustra um esquema da instalação da aparelhagem para prospecção pelo método da resistividade elétrica.

iV.d..2 π

=ρ

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Figura 3.1 - Esquema da instalação da aparelhagem de prospecção pelo método da resistividade elétrica

iv) Considerações finais acerca do método de prospecção por resistividade elétrica a) No caso de solos não homogêneos (com mais de uma camada), o valor da resistividade representará a resistividade média das diferentes camadas, até uma profundidade D (em metros) alcançada na sondagem; b) A profundidade (D) de sondagem aumenta com o aumento do espaçamento dos eletrodos; c) Quanto à resistividade dos solos, pode-se se dizer que: -> Valores altos de resistividade correspondem à rochas; -> Valores intermediários de resistividade correspondem a pedregulhos; e -> Valores baixos de resistividade correspondem a argilas saturadas e a siltes saturados. d) O método da resistividade elétrica é aplicado para prospecção de petróleo (pouco usado), para prospecção de minerais (muito usado), para prospecção de água (muito usado), e na Engenharia Civil (muito usado); e e) Atualmente, foram desenvolvidos métodos de prospecção por resistividade elétrica para sistemas de duas e três camadas de solo.

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3.2.2 Processo de prospecção de sísmica de refração i) Princípio básico de funcionamento do método de prospecção de sísmica de refração O princípio básico de funcionamento do método de prospecção sísmica de refração, apoia-se no princípio de que a velocidade de propagação de ondas sonoras nos corpos elásticos é função: a) Do módulo de elasticidade do material; b) Do coeficiente de Poisson do material; c) Do peso específico do material; e d) Etc. ii) Equipamentos empregados no método de prospecção de sísmica de refração No método de prospecção de sísmica de refração são empregados basicamente os seguintes equipamentos: a) Dispositivo gerador de ondas sísmicas no terreno, o qual pode ser um grande martelo ou explosivos; b) Geofones sensíveis as vibrações, os quais captam as vibrações no solo; e c) Sismógrafo, o qual é o instrumento que registra as vibrações do solo. iii) Principais procedimentos do método de prospecção de sísmica de refração Os principais procedimentos do método de prospecção de sísmica de refração são os que se seguem: a) Através de explosivos ou pancadas é produzida uma emissão de onda sísmica no terreno; b) Através de geofones instalados na superfície do terreno ligados ao sismógrafo, registra-se o tempo gasto entre o instante da emissão da onda, até o instante da chegada das ondas aos geofones; c) A espessura da camada de solo pode ser obtida com base na seguinte fórmula: (3.2) em que: D = profundidade do limite entre as camadas de solo; v1 = velocidade sísmica da onda na camada de solo superior; v2 = velocidade sísmica da onda na camada de solo inferior; e d = distância do geofone ao ponto de emissão da onda. d) O método de sísmica de refração, também pode ser utilizado em terrenos, onde há mais de uma camada de solo; e

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vvvv.

2dD

+−

=

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e) Através do método de sísmica de refração também é possível obter valores aproximados do módulo de elasticidade das camadas de solo, através da seguinte equação: (3.3) em que: E = módulo de elasticidade da camada de solo; v = velocidade de propagação da onda sísmica no interior do solo; γ = peso específico do solo; µ = coeficiente de Poisson do solo; e g = aceleração da gravidade. A Figura 3.2 ilustra um esquema do método de prospecção de sísmica de refração. Onde a fonte gera as ondas sísmicas, as quais são: captadas pelos geofones, registradas no sismógrafo, e úteis para a engenharia.

Figura 3.2 - Esquema do processo de prospecção de sísmica de refração

)1.(g).21.(.vE

22

µ−µ−µ−γ

=

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iv) O método de prospecção de sísmica de refração considera as seguintes hipóteses a) Cada camada de solo é homogênea, ou seja, é formada do mesmo material. O que geralmente não ocorre na prática; b) Cada camada de solo é isotrópica, ou seja, apresenta as mesmas propriedades físicas em todas as direções ou planos. O que geralmente não ocorre na prática; c) Os limites entre as camadas de solos são planos. O que geralmente não ocorre na prática; d) A velocidade sísmica da onda aumenta da superfície para baixo em cada camada que se sucede. Assim sendo, uma camada de argila abaixo de uma camada de pedregulho compacto, não seria detectada, pois no pedregulho compacto a velocidade da onda é maior que na argila; e e) Etc. v) Velocidade de propagação das ondas e os diferentes tipos de materiais

Para a maioria dos solos a velocidade das ondas sísmicas varia entre 150 e 2.500 m/s.

Em pedregulhos bem compactados, a velocidade de propagação das ondas sísmicas é elevada.

Em areias soltas (ou fofas), a velocidade de propagação das ondas sísmicas são baixas.

Em argilas, a velocidade de propagação das ondas sísmicas são intermediárias. OBS. Quanto mais dura a argila, maior será a velocidade de propagação da onda sísmica em seu interior. vi) Considerações finais acerca do processo de prospecção de sísmica de refração a) O método de sísmica de refração é aplicado para prospecção de petróleo (muito usado), para prospecção de minerais (pouco usado) e na Engenharia Civil (muito usado); e b) Tanto Craig (2007) como Caputo (2007) recomendam que devem ser usados outros métodos de sondagem juntamente com o método de sísmica de refração; Com os seguintes objetivos:

i) PARA CONFIRMAÇÃO dos resultados da prospecção (ou exploração) sísmica; e

ii) Para que sejam estabelecidas correlações entre os 2 (dois) métodos.

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3.3 Métodos de prospecção semidiretos i) Tipos de processos de prospecção semidiretos Os principais tipos de processos de prospecção semidiretos são: a) O ensaio de palheta ou Vane Test; b) Os ensaios de penetração estática do cone tipo CPT (cone penetration test) e CPTU (piezocone penetration test); c) O ensaio dilatométrico ou DMT (DilatoMetrer Test); e d) O ensaio pressiométrico. ii) Característica dos métodos de prospecção semidiretos Os métodos de prospecção semidiretos apresentam as seguintes características: a) São métodos onde não ocorre retirada direta de amostras do solo; b) São métodos que fornecem algumas características mecânicas dos solos, as quais são obtidas por meio de correlações; c) Os métodos semidiretos são métodos que correspondem a ensaios realizados in situ (ou no campo); e d) Os métodos semidiretos foram desenvolvidos devido à dificuldade de se amostrar certos tipos de solos, tais como areias puras e argilas moles. 3.3.1 Ensaio de palheta ou Vane Test i) Princípio básico de funcionamento do Vane Test O ensaio consiste na cravação de uma palheta no solo, e então, mede-se o torque necessário para cisalhar ou cortar o solo segundo uma superfície cilíndrica de ruptura. ii) Equipamento empregado no ensaio de Vane Test O equipamento empregado no ensaio Vane Test consiste basicamente no aparelho de Vane, que é constituído das seguintes partes: a) Manivela; b) Unidade de leitura; c) Tubo de revestimento; d) Haste; e) Sapata de proteção; e f) Palheta. Figura 3.3 ilustra as principais partes do equipamento usado para o ensaio de palheta (ou Vane Test).

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Figura 3.3 - Principais partes do equipamento usado para o ensaio de palheta

(ou Vane Test) iii) Principais procedimentos do ensaio de palheta (ou Vane Test) Os principais procedimentos do ensaio de palheta (ou Vane Test) são os que se seguem: a) Parte do equipamento de ensaio é introduzida no solo por cravação estática, ou seja, sem uso de impacto; b) Durante a cravação do equipamento de ensaio, a palheta permanece incerida dentro de uma sapata de proteção para evitar danos à palheta durante a cravação; c) Após a cravação do equipamento de ensaio, ficam na superfície do solo a unidade de leitura e a manivela; d) Ao atingir a profundidade desejada na camada de argila, crava-se a palheta no solo 0,5 m à frente da sapata de proteção; e) Gira-se a manivela a uma velocidade de 6 (seis) graus por minuto, e mede-se o torque necessário para cisalhar (ou romper) o solo; e

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f) A resistência não drenada da argila na profundidade desejada de ensaio é dada pela seguinte equação: (3.4) em que: SU = resistência não drenada da argila (KN/m2); T = torque máximo aplicado à palheta (KN.m); D = diâmetro da palheta (m); e π = 3,1416. A Figura 3.4 mostra que o diâmetro da palheta é igual à distância horizontal D entre duas extremidades de uma aleta da palheta, e que a altura da palheta é a distância vertical H entre duas extremidades de uma aleta.

Figura 3.4 - Diâmetro e altura da palheta do Vane Test iv) Algumas hipóteses assumidas na realização do ensaio de palheta (ou Vane Test) O ensaio de palheta é realizado considerando-se as seguintes hipóteses: a) O solo é considerado um material isotrópico, ou seja, apresenta as mesmas propriedades físicas em todos os planos ou direções; b) Existência de coincidência da superfície de ruptura da argila com a geratriz do cilindro formado pela rotação da palheta; c) A drenagem do solo é considerada impedida durante o ensaio; d) Ausência de amolgamento do solo, durante a operação de cravação do equipamento de ensaio; e

3U D.T.86,0S

π=

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e) Etc. OBS(s). a) Amolgamento é o amassamento da argila em todas as direções sem que ocorra alteração no teor de umidade da argila; e b) Sabe-se que as hipóteses assumidas para o ensaio de palheta geralmente não ocorrem na prática. v) Fator de correção do ensaio de palheta Os ensaios de palheta têm mostrado fornecer resultados bem próximos aos resultados reais, embora haja necessidade de usar fatores corretivos. Na prática, os valores do ensaio de palheta são sujeitos a uma correção de acordo com a seguinte correção: (3.5) em que: SUC = resistência não drenada da argila corrigida, a qual é útil para os projetos de engenharia; SUP = resistência não drenada da argila obtida do ensaio de palheta; e µ = fator de correção empírico.

A Figura 3.5 mostra que o fator de correção (µ) do Vane Test é obtido a partir do índice de plasticidade (IP) da argila; Onde, o IP é obtido sem secagem prévia da argila que está sendo ensaiada (ou explorada).

Figura 3.5 - Relação entre o fator de correção (µ) do ensaio Vane Test e o

índice de plasticidade (IP) da argila ensaiada

UPUC S.S µ=

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vi) Consideração finais acerca do ensaio de palheta No Brasil, o ensaio de palheta é padronizado pela MB 3122, intitulada: Solo - ensaios de palheta in situ. A literatura mostra que o ensaio de palheta é realizado para cada 1 (um) m de profundidade no solo. 3.3.2 Ensaios de penetração estática do cone - Tipo CPT (Cone Penetration Test) e tipo CPTU (Piezocone Penetration Test) i) Princípio básico de funcionamento do ensaio de penetração estática do cone - Tipo CPT (Cone Penetration Test)

Um cone, que pode ser mecânico ou elétrico, é cravado no solo a uma velocidade constante, e se obtém os seguintes dados: a) Resistência de ponta do cone (qC); e b) Atrito lateral do cone (FS).

Os dados obtidos no ensaio do cone - tipo CPT (Cone Penetration Test), os quais são qC e FS, quando usados em correlações são úteis para os projetos de Engenharia Civil. OBS. A principal diferença entre o cone mecânico e o cone elétrico é que: a) No cone mecânico a resistência de ponta do cone (qC) e o atrito lateral do cone (FS) são medidos na superfície do solo; e b) No caso do cone elétrico, a medição da resistência de ponta do cone (qC) e do atrito lateral do cone (FS) é feita no próprio cone através de células de carga elétricas. ii) Princípio básico de funcionamento do ensaio de penetração estática do cone - Tipo CPTU (Piezocone Penetration Test)

Um cone tipo piezocone, o qual é um cone que permite leitura de pressão neutra (ou poropressão) é cravado no solo a uma velocidade constante, e se obtém os seguintes dados: a) Resistência de ponta do cone (qC); b) Atrito lateral do cone (FS); e c) Pressão neutra ou poropressão no interior do solo (u).

Os dados obtidos no ensaio do cone - tipo CPTU (Piezocone Penetration Test), os quais são: qC, FS e u, quando usados em correlações são úteis para projetos de Engenharia Civil. OBS. Poropressão ou pressão neutra é a pressão que atua na água no interior do solo.

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iii) Equipamentos geralmente empregados no ensaio de penetração estática do cone - Tipo CPT, ou tipo CPTU O equipamento utilizado no ensaio de penetração estática do cone, do tipo CPT, ou do tipo CPTU, consiste basicamente das seguintes partes: a) Do equipamento de cravação do cone, o qual geralmente é um sistema hidráulico; b) Do equipamento de reação de carga para possibilitar a cravação do cone O equipamento de reação de carga geralmente empregado para cravação do cone é um caminhão, o qual transporta o sistema de cravação hidráulico; c) Do cone de penetração com as seguintes características: -> Ponteira do cone com ângulo de 60 graus; -> Rugosidade do cone de 0,001 mm; e -> Diâmetro do cone, que é geralmente de 36,6 mm. d) Do conjunto de hastes de cravação com comprimento de 1 m; e e) Finalmente, faz parte do equipamento de ensaio do cone, um sistema automático de aquisição de dados com um computador e programas para aquisição e armazenamento das medidas in situ (ou no campo). A Figura 3.6 ilustra o sistema de cravação do cone, onde se verifica: o cone de sondagem; o motor que alimenta o sistema hidráulico de cravação do cone; e o computador que realiza a aquisição dos dados do ensaio (ou sondagem).

Figura 3.6 - Sistema de cravação do cone; Composto de cone de sondagem, de

computador, e de motor que alimenta o sistema hidráulico de cravação do cone

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A Figura 3.7 ilustra um piezocone com suas principais partes, que são: ponteira, pedra porosa, transdutor (ou leitor) de pressão, célula de carga, e fio de transmissão de dados (ou informações) para superfície.

Figura 3.7 - Piezocone com suas principais partes, que são: ponteira, pedra porosa, transdutor (ou leitor) de pressão, célula de carga, e fio de transmissão de dados (ou informações) para superfície A Figura 3.8 mostra a foto de um piezocone, pode-se observar na foto a ponteira do cone e o cabo do sistema de aquisição de dados.

Figura 3.8 - Foto de um piezocone de sondagem geotécnica

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iv) Classificação dos solos a partir do ensaio CPTU (Piezocone Penetration Test) Diversos autores apresentam propostas de classificação de solos a partir dos resultados do ensaio com piezocone; Uma das classificações é a de Senneset e Jambu (1984), a qual já é largamente aceita na prática da engenharia. Destaca-se que para classificação do solo pelo método de Senneset e Jambu (1984) é necessário determinar os seguintes elementos: a) A resistência de ponta do cone corrigida (qT), a qual é dada pela seguinte equação: (3.6) em que: qT = resistência de ponta do cone corrigida; qC = resistência de ponta do cone (obtida no ensaio); u2 = poropressão medida na base do cone; e a = constante de calibração do cone. b) O parâmetro de poropressão (Bq), o qual é obtido pela seguinte equação: (3.7) em que: Bq = parâmetro de poropressão; uO = pressão hidrostática; u2 = poropressão medida na base do cone; qT = resistência de ponta do cone corrigida; e σVO = tensão vertical in situ (ou no campo). OBS. O símbolo σ é a letra grega “sigma”.

A Figura 3.9 ilustra a classificação do solo pelo método de Senneset e Jambu (1984), a partir dos resultados do ensaio CPTU (Piezocone Penetration Test).

2CT u).a1(qq −+=

( )( )VOT

O2

quuBqσ−−

=

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Figura 3.9 - Classificação do solo pelo método de Senneset e Jambu (1984), a

partir dos resultados do ensaio CPTU (Piezocone Penetration Test)

v) Parâmetros dos solos que podem ser obtidos do ensaio CPTU (Piezocone Penetration Test) A Tabela 3.1 apresenta vários parâmetros do solo que são úteis para os projetos de Engenharia Civil, e que podem ser obtidos a partir de ensaios com o piezocone. vi) Considerações finais acerca dos ensaios de penetração estática do cone - Tipo CPT (Cone Penetration Test) e tipo CPTU (Piezocone Penetration Test)

O ensaio do piezocone é hoje uma das mais importantes ferramentas de investigação geotécnica.

O ensaio do piezocone possibilita estimativas realistas das propriedades do solo.

Os dados obtidos na sondagem são contínuos ao longo do perfil de sondagem, ou seja, à medida que o cone penetra são obtidos imediatamente os dados do subsolo.

Atualmente, tem sido desenvolvidos cones para medir a resistividade elétrica do solo, a temperatura do solo, o Ph do solo, e etc.

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Maiores detalhes sobre o ensaio de penetração estática do cone recomenda-se consultar: a) Schnaid (2005); e b) A norma da ABNT MB-3406 (1991). Tabela 3.1 - Parâmetros do solo que são úteis para os projetos de Engenharia

Civil, e que podem ser obtidos a partir de ensaios com o piezocone

Símbolo

KO

φ'D

Gmáx

OCRSt

SU

k Ch

γ

c'Dr

E25

Densidade relativa

Módulo de elasticidade para 25% da tensão desviadora máxima

Condutividade hidráulicaCoeficiente de adensamento

Peso específico aparenteIntercepto de coesão efetiva

Módulo cisalhante

Razão de sobreadensamentoSensibilidade

Resistência ao cisalhamento não drenada

Parâmetro do solo obtido no ensaio com piezoconeCoeficiente de empuxo de repouso

Ângulo de atrito efetivoMódulo oedométrico

3.3.3 Ensaio dilatométrico ou DMT (DilatoMeter Test) i) Princípio básico de funcionamento do ensaio dilatométrico ou DMT a) O ensaio dilatométrico consiste na cravação vertical de uma lâmina de aço no terreno, a qual possui uma membrana de aço (ou diafragma) em uma das faces da lâmina que é cravada no terreno; b) Em determinadas profundidades, após a cravação da lâmina de aço no solo, é injetado gás sob pressão para expandir a membrana de aço da lâmina cravada no interior do solo; c) Durante a injeção do gás para expandir a membrana de aço (ou diafragma), são lidas por um operador 3 (três) pressões padronizadas, em um equipamento instalado na superfície do solo; e d) Com base nas 3 (três) pressões padronizadas atuantes na membrana de aço são obtidos os parâmetros do solo, que são úteis para projetos de Engenharia Civil.

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OBS(s). i) As 3 (três) pressões padronizadas no ensaio dilatométrico são: -> Pressão A, que é a pressão necessária para deslocar horizontalmente o centro da membrana de aço (ou diafragma) em 0,05 mm; -> Pressão B, que á a pressão necessária para deslocar radialmente a membrana de aço (ou diafragma) em 1,1 mm; e -> Pressão C, que é a pressão lida quando a membrana de aço (ou diafragma) retorna ao deslocamento horizontal central de 0,05 mm. ii) Durante o ensaio dilatométrico, o equipamento de sondagem emite um sinal sonoro, que auxilia a leitura das pressões padronizadas A, B e C. ii) Alguns detalhes do ensaio dilatométrico No ensaio DMT podem ser destacados os seguintes detalhes: a) A leitura das 3 (três) pressões padrões do ensaio se dá a cada 20 cm de profundidade no solo; b) As 3 (três) pressões padrões do ensaio necessitam de pequenas correções, antes de serem utilizadas em correlações úteis para Engenharia Civil; c) Neste tipo de ensaio, a prospecção (ou a sondagem) do terreno se dá de 20 em 20 cm; d) Durante o ensaio é medido o esforço necessário para cravação da lâmina de aço no solo; e e) A velocidade de cravação da lâmina de aço é de 2 a 4 cm/s. iii) O equipamento ou aparelhagem empregada no ensaio dilatométrico ou DMT O equipamento ou a aparelhagem utilizada no ensaio dilatométrico, basicamente, consiste das seguintes partes: a) Lâmina dilatométrica com uma membrana de aço em uma das faces; b) Unidade de controle de pressões, que é dotada de um sinal acústico para auxiliar a leitura das 3 (três) pressões padrões do ensaio; c) Equipamento de cravação da lâmina de aço, o qual geralmente é um sistema hidráulico; d) Equipamento de reação de carga, que possibilita a cravação da lâmina de aço; Por exemplo: um caminhão; e) Cabo eletro-pneumático, que estabelece o contato entre a lâmina de aço cravada no solo e a unidade de controle de pressões localizada na superfície do solo; f) Unidade fornecedora de gás pressurizado; e g) Aparelho de calibração do sistema de prospecção ou sondagem. A Figura 3.10 ilustra as dimensões geométricas da lâmina de aço, que é cravada no solo durante o ensaio dilatométrico; Percebe-se na lâmina a presença da membrana de aço (ou diafragma) que se expande durante o ensaio.

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Figura 3.10 - Dimensões geométricas da lâmina de aço que é cravada no solo

durante o ensaio dilatométrico (DMT) A Figura 3.11 mostra uma foto da unidade de controle de pressões, e da lâmina de aço, que são usadas no ensaio dilatométrico (DMT).

Figura 3.11 - Foto da unidade de controle de pressões, e da lâmina de aço, que

são usadas no ensaio dilatométrico (DMT)

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iv) Parâmetros do solo que podem ser obtidos do ensaio dilatométrico ou DMT Através do ensaio dilatométrico é possível obter, através de correlações, vários parâmetros geotécnicos dos solos, os quais são úteis para projetos da Engenharia Civil. A Tabela 3.2 mostra os parâmetros geotécnicos dos solos, que podem ser obtidos a partir do ensaio dilatométrico ou DMT. Tabela 3.2 - Parâmetros geotécnicos dos solos, que podem ser obtidos a partir

dos dados do ensaio dilatométrico ou DMT

v) A classificação dos solos através do ensaio dilatométrico Através dos dados obtidos do ensaio dilatométrico é possível classificar os solos prospectados (ou explorados).

Os solos prospectados ou explorados pelo ensaio dilatométrico são classificados com base nos seguintes índices dilatométricos: a) ED ou módulo dilatométrico; e b) ID ou índice do material. OBS. Os índices dilatométricos ED e ID são calculados com base nas pressões padrões A, B e C, que são medidas no campo durante o ensaio DMT.

A Figura 3.12 ilustra o sistema de classificação do solo baseado nos índices dilatométricos ED e ID do ensaio DMT ou dilatométrico.

φ'SU

KO

OCR

M

E

CBR Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio)

Coeficiente de empuxo no repouso

Razão de sobreadensamento

Módulo oedométrico

Módulo de elasticidade (ou módulo de Young)

Parâmetro do solo obtido no ensaio DMTSímbolo

Ângulo de atrito interno do solo

Resistência ao cisalhamento não drenada

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Figura 3.12 - Sistema de classificação do solo baseado nos índices

dilatométricos ED e ID do ensaio DMT ou dilatométrico vi) Considerações finais acerca do ensaio dilatométrico ou DMT

Uma hipótese assumida, no ensaio dilatométrico, é que as medidas realizadas com a membrana de aço (ou diafragma) durante o ensaio correspondem à fase elástica do solo, ou seja, não ocorrem plastificação do solo durante as medidas.

O ensaio dilatométrico tem sido considerado um ensaio simples de ser operado, e relativamente econômico.

No Brasil, ainda não há normalização específica para o ensaio DMT.

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Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. MB 3122. Solo - ensaios de

palheta in situ. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. MB 3406. Ensaio de

penetração do cone in situ (CPT). 1991. BUENO, B. S.; VILAR, O. M. Mecânica dos solos. Apostila 69. Viçosa - MG:

Universidade Federal de Viçosa, 1980. 131p. CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol. 1. 6.

ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 234p. (Bibliografia Principal)

CRAIG, R. F. Mecânica dos solos. 7. ed., Rio de Janeiro - RJ: LTC - Livros

Técnicos e Científicos Editora S.A., 2007. 365p. FERREIRA, A. B. H. Novo dicionário da língua portuguesa. Rio de Janeiro - RJ:

Nova Fronteira, 1986. 1838p. LAMBE, W. L.; WHITMAN, R. V. Soil Mechanics, SI version. New York: Jonh Wiley

e Sons, 1979. 553p. HACHICH, W.; FALCONI, F. F.; SAES, J. L.; FROTA, R. G. Q.; CARVALHO, C. S.

NIYAMA, S. Fundações teoria e prática. São Paulo - SP: Pini, 1996. 751p. ORTIGÃO, J. A. R. Introdução à mecânica dos solos dos estados críticos. São

Paulo - SP: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1993. 368p. SCHNAID, F. Ensaios de campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações.

São Paulo - SP: Oficina de Textos, 2005. 189p.