Sondagens para Engenharia de Fundações - Tipos e Métodos: SPT e Trado

MATERIAL DIDÁTICO 02 Prof Dr Alexandre Knop FUNDAÇÕES I ENSAIOS DE CAMPO APLICADOS À ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES 1 SONDAGENS O QUE SÃO SONDAGENS Sondagens são ensaios in situ que são realizados a fim de possibilitar o reconhecimento das características do subsolo QUAIS OS TIPOS EXISTENTES DE SONDAGEM 1 SONDAGENS DIRETAS São aquelas em que existe a amostragem de solos Exemplo SPT e Trado 2 SONDAGENS INDIRETAS São aquelas em que o tipo de solo e suas características são estimadas sem que ocorra amostragem propriamente dita dos solos Exemplo CPT métodos geofísicos 2 FUNDAÇÕES I SONDAGENS 3 FUNDAÇÕES I SONDAGENS A TRADO SONDAGENS A TRADO Sondagem a trado é um método de investigação geotécnica que utiliza como instrumento o trado conforme NBR 96031986 Trado é um tipo de amostrador de solo constituído por lâminas cortantes que podem ser espiraladas helicoidais ou espirais ou ainda convexas trado concha ou cavadeiras com diâmetro de 3 em média Tem por finalidade a coleta de amostras de deformadas determinação da profundidade do nível dágua e conhecimento do perfil estratigráfico local Os trados podem ser manuais ou mecanizados com motor para facilitar a escavação 4 FUNDAÇÕES I SONDAGENS A TRADO Ao se atingir o nível do lençol freático é interrompida a perfuração anotase a profundidade e passase a observar o mesmo efetuandose leituras a cada 5 minutos durante 30 minutos O nível também é anotado após 24hs da conclusão do furo 5 FUNDAÇÕES I Vídeo Trado SONDAGENS STANDARD PENETRATION TEST SPT 6 FUNDAÇÕES I SONDAGENS STANDARD PENETRATION TEST SPT Consiste na cravação de 45cm de um amostrador barrilete padrão utilizando um peso de 65kg caindo em queda livre de uma altura de 75cm na cravação deste amostrador é feita a coleta do material amostra deformada que posteriormente será analisada para classificação e caracterização do solo naquele ponto O Índice de Resistência à Penetração é determinado através do número de golpes do peso padrão caindo de uma altura de 75cm considerandose o número necessário à penetração dos últimos 30 cm do amostrador Os primeiros 15cm são desprezados 7 FUNDAÇÕES I SONDAGENS STANDARD PENETRATION TEST SPT Este ensaio dinâmico com retirada de amostra através do amostrador é realizado de metro em metro até a cota de paralisação da sondagem que pode ser determinado em função da obra pela fiscalização ou conforme critérios da NBR 6484 Recomendase a execução de sondagens mecanizadas porém algumas empresas ainda utilizam sondagens manuais 8 FUNDAÇÕES I SONDAGENS STANDARD PENETRATION TEST SPT 9 FUNDAÇÕES I Vídeo SPT Manual SONDAGENS 10 FUNDAÇÕES I Vídeo SPT Mecanizado FUNDAÇÕES I SONDAGENS Área carregada SONDAGENS De acordo com a NBR 8036 existe um número mínimo de furos de sondagem do tipo SPT que deve ser realizada conforme a área em planta da edificação a ser construída conforme a tabela abaixo Área de projeção m² Número mínimo de furos Até 200 2 200 a 600 3 600 a 800 4 800 a 1000 5 1000 a 1200 6 1200 a 1600 7 1600 a 2000 8 2000 a 2400 9 2400 A critério do projetista 9 12 FUNDAÇÕES I SONDAGEM A PERCUSSÃO Cliente OMAR SHAGURI Obra PRÉDIO RESIDENCIAL Local RUA CAPITÃO ALFREDO CARDOSO SOROCABA SP CLASSIFICAÇÃO DA CAMADA ARGILA SILTOSA COR VERMELHA ESCURA ARGILA SILTOSA COM GRÃOS DE QUARTZO COR VERMELHA CLARA ARGILA SILTOSA COR CINZA ESCURA AREIA GROSSA COM GRÃOS DE QUARTZO COR CINZA ESCURA AREIA FINA COR CINZA ESCURA Limite da Sondagem A PERFEITA DETERMINAÇÃO DA COTA DO NÍVEL DÁGUA DEPENDERÁ DA EXECUÇÃO DE UM POÇO DE MAIOR DIÂMETRO Escala 1100 Data 28082001 Folha 12 Trabalho n S7301 Desenhista IGOR Sondador ISAIAS Resp Técnico FUNDAÇÕES I SONDAGENS Anexo A informativo Tabela dos estados de compacidade e de consistência Solo Índice de resistência à penetração N Designação 1 Areias e siltes arenosos 4 Fofao 5 a 8 Pouco compactao 9 a 18 Medianamente compactao 19 a 40 Compactao 40 Muito compactao Argilas e siltes argilosos 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Médiao 11 a 19 Rijao 19 Dura o 1 As expressões empregadas para a classifcação da compacidade das areias fofa compacta etc referemse à deformabilidade e resistência destes solos sob o ponto de vista de fundações e não devem ser confundidas com as mesmas denominações empregadas para a designação da compacidade relativa das areias ou para a situação perante o índice de vazios críticos definidos na Mecânica dos Solos SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO Su 10 NSPT kPa SOLO GRANULAR ÂNGULO DE ATRITO 𝝓 𝟐𝟎 𝑵𝑺𝑷𝑻 𝟏𝟓 𝝓 𝟎 𝟒 𝑵𝑺𝑷𝑻 𝟐𝟖 Godoy 1983 Teixeira 1996 EM TERMOS DE TENSÕES TOTAIS DE SOLOS COESIVOS É POSSÍVEL ESTIMAR A COESÃO NÃO DRENADA Su A PARTIR DE TEIXEIRA 1996 c 1 a 5 NSPT kPa CUIDADO POIS É APENAS UMA ESTIMATIVA RECOMENDASE SER CONSERVADOR NO EMPREGO DESTAS ESTIMATIVAS RECOMENDASE REALIZAR ENSAIOS DE LABORATÓRIO EM TERMOS DE TENSÕES EFETIVAS É POSSÍVEL ESTIMAR A COESÃO EFETIVA C ATRAVÉS DA CORRELAÇÃO EMPÍRICA ABAIXO APENAS PARA ANTEPROJETO FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO ESTIMATIVAS USAR COM MUITO CUIDADO ARGILAS SATURADAS AREIAS CURTO PRAZO LONGO PRAZO TENSÃO TOTAL TENSÃO EFETIVA USAR Su USAR C E Ø TENSÕES EFETIVAS C E Ø ARGILAS NÃO SATURADAS Igual à Argilas Saturadas a Longo prazo tensões efetivas Su 10 x NSPT kPa c 1 a 5 NSPT kPa Ø 13 Ø ESTIMATIVA 𝝓 𝟐𝟎 𝑵𝑺𝑷𝑻 𝟏𝟓 C zero TÓPICO IMPORTANTE RELAÇÃO ENTRE ÂNGULO DE ATRITO E COESÃO FUNDAÇÕES I Resistência à compressão e coesão para argilas correlações empíricas uso limitado a estudos preliminares Consistência Resistência à compressão Coesão Kgcm2 Kgcm2 Muito mole 0 025 0 012 Mole 025 050 013 025 Média 050 100 025 050 Rija 100 200 050 100 Muito rija 200 400 100 200 Dura 400 200 Tabela 5 Coeficiente de Poisson Teixeira Godoy 1996 correlações empíricas uso limitado a estudos preliminares Solo v Areia pouco compacta 02 Areia compacta 04 Silte 0305 Argila saturada 0405 Argila não saturada 0103 Solo Coeficiente de Poisson v Argila saturada 0405 Argila nãosaturada 0103 Argila arenosa 0203 Silte 03035 Areia compacta 0204 Areia grossa e 04 a 07 015 Areia fina e 04 a 07 025 Rocha depende do tipo 0104 Concreto 015 Gelo 036 SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO PESO ESPECÍFICO DE SOLOS ARGILOSOS Godoy 1972 N golpes Consistência Peso Específico kNm³ 2 Muito mole 13 3 a 5 Mole 15 6 a 10 Média 17 11 a 19 Rija 19 20 Dura 21 19 FUNDAÇÕES I TAB 3 Avaliação dos Parâmetros de Resistência e de deformabilidade em Função do SPT correlações empíricas uso limitado a estudos preliminares Areias e Solos Arenosos Compacidade γ tm³ C tm² ϕ E tm² v Fofa 16 0 25 30 100 500 Pouco Compacta 18 0 30 35 500 1400 Medianamente Compacta 19 0 35 40 1400 4000 03 a 04 Compacta 20 0 40 45 4000 7000 Muito Compacta 20 0 45 7000 Argilas e Solos Argilosos Consistência γ tm³ C tm² ϕ E tm² v Muito Mole 13 0 12 0 30 120 Mole 15 12 25 0 120 280 Média 17 25 50 0 280 500 04 a 05 Rija 19 50 150 0 500 1500 Dura 20 150 0 1500 Valores UFMG fls 47 SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO PESO ESPECÍFICO DE SOLOS ARENOSOS kNm³ Godoy 1972 N golpes Consistência Areia Seca Areia Úmida Areia Saturada 5 Fofa 16 18 19 5 a 8 Pouco Compacta 16 18 19 9 a 18 Medianamente Compacta 17 19 20 19 a 40 Compacta 18 20 21 40 Muito Compacta 18 20 21 20 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO γsat γsub e ø conforme Kulhawy Mayne 1990 N SPT γsat γsub Ø 02 157 59 26 34 157 59 28 410 165 67 29 1020 173 75 30 2030 181 83 32 3040 189 91 33 40 196 98 34 Kulhawy FH and Mayne PW 1990 Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design EPRI EL6800 Research Project 14936Electric Power Research InstituteAugust Areias N SPT γsat γsub Ø 02 165 67 0 24 173 75 0 48 181 83 0 815 189 91 0 1530 196 98 0 30 196 98 0 Argilas 21 FUNDAÇÕES I Ângulo de atrito interno para areias correlações empíricas uso limitado a estudos preliminares Areia Fina Média e Grossa Com pedregulho Compacidade Grãos Esféricos Grãos Angulares Grãos Esféricos Grãos Angulares Fofa 27 28 29 33 34 Intermediária 30 34 33 38 37 39 Compacta 33 36 36 44 40 45 Resistência à compressão e coesão para argilas correlações empíricas uso limitado a estudos preliminares Consistência Resistência à compressão Coesão Kgcm2 Kgcm2 Muito mole 0 025 0 012 Mole 025 050 013 025 Média 050 100 025 050 Rija 100 200 050 100 Muito rija 200 400 100 200 Dura 400 200 SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO 23 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO 24 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO Correlações entre NSPT e a tensão admissível conforme Milititsky Schnaid 1995 N SPT ProvávelTensão Admissível kNm² L075m L150m L300m 5 A estudar 5 10 50 100 50 50 10 30 100 300 50 250 50 200 30 50 300 600 250 500 200 450 50 600 500 450 SOLOS GRANULARES L menor dimensão da fundação 25 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO Correlações entre NSPT e a tensão admissível conforme Milititsky Schnaid 1995 N SPT ProvávelTensão Admissível kNm² L075m L150m L300m 2 A estudar 2 4 25 75 50 4 8 75 125 50 100 25 75 8 15 125 250 100 200 75 150 15 30 250 500 200 450 150 400 30 500 450 400 SOLOS COESIVOS L menor dimensão da fundação 26 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO 27 FUNDAÇÕES I 28 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT Os ensaios de Penetração de Cone no solo podem ser com ou sem a medida de poropressões Sem a medida das poropressões durante a cravação CPT Com a medida das poropressões durante a cravação CPTu Os ensaios de cone com medida de poropressão são utilizados para a determinação estratigráfica de perfis de solos avaliação de propriedades dos materiais investigados e previsão da capacidade de carga de fundações No Brasil sua metodologia é normatizada pela NBR 1206991 Solo Ensaio de penetração de cone in situ CPT Em nível internacional temse por exemplo a ASTM D5778 07 Standart test method for performing eletronic friction cone and piezocone testing of soils e as recomendações da ISSMGE International Reference Test Procedure for Cone Penetration Test 29 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT O ensaio de cone consiste na cravação no terreno de uma ponteira cônica 60 de ápice a uma velocidade constante de 20 mms A seção transversal do cone é de 10 cm2 e a área da luva de atrito lateral é de 150 cm2 O equipamento de cravação possui uma estrutura de reação e um sistema de aplicação de carga A penetração é obtida através do acionamento contínuo de hastes com comprimento de 1 m mediante a operação de um pistão hidráulico 30 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT À medida que se procede à introdução das hastes no solo efetua se a cada 2 cm de profundidade a aquisição automática das seguintes informações Resistência à penetração da ponta qc Resistência por atrito lateral ou local fs Poropressão u2 utilizandose um elemento poroso de bronze sinterizado localizado na base do cone Ângulo de inclinação da ponteira cônica em relação à vertical 31 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT Com o ensaio também podese avaliar através de correlações as seguintes características do terreno Estratigrafia Perfil geotécnico Coeficiente de adensamento Ch e Cv Densidade relativa Dr Resistência não drenada Su Ângulo de atrito efetivo de areias Ø História de tensões tensão de préadensamento OCR Coeficiente de permeabilidade K Módulo de deformação cisalhante G0 Coeficiente de deformabilidade mv 32 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 33 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 34 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 35 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 36 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 37 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 38 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CONE PENETRATION TEST CPT 39 FUNDAÇÕES I SONDAGENS VANE TEST Ensaio de Palheta 40 FUNDAÇÕES I SONDAGENS VANE TEST Ensaio de Palheta O ensaio de palheta tem por objetivo determinar a resistência não drenada in situ de solos argilosos Su Utilizase uma palheta de seção cruciforme a qual é cravada no terreno e submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação O ensaio que internacionalmente é conhecido por Vane Test no Brasil possui metodologia normatizada pela NBR 1090589 Solo Ensaios de palheta in situ VT Em nível internacional temse por exemplo ASTM D257308 Standard test method for field vane sher test in cohesive soil A execução dos ensaios de palheta permite obter os seguintes resultados Gráfico de torque em função da rotação Resistência não drenada Su Resistência amolgada Sensibilidade do solo 41 FUNDAÇÕES I SONDAGENS VANE TEST Ensaio de Palheta Engenheiros geotécnicos também utilizam instrumentos de pequeno porte para estimar a resistência não drenada de solos coesivos como por exemplo o Pocket Vane Palheta de Bolso Este equipamento permite uma medição instantânea do torque necessário para romper o solo A partir da medição do torque é possível estimar a resistência não drenada Este equipamento de bolso é bastante difundido em países como Estados Unidos e Canadá e ainda pouco utilizado no Brasil 42 FUNDAÇÕES I SONDAGENS PRESSIÔMETRO 43 FUNDAÇÕES I SONDAGENS Desenvolvido na França na década de 50 os ensaios pressiométricos tipo Ménard PMT consistem na inserção em um préfuro de sonda pressiométrica e deformação radial de membrana por meio de inserção de gás nitrogênio As medidas de deformação são através do painel de controle que mede variações de pressões e volumes ocorridos com a deformação do solo Tais leituras são realizadas por meio de equipamento computadorizado e software específico projetado para ler automaticamente os dados leituras do ensaio 44 FUNDAÇÕES I SONDAGENS É obtida curva de tensão x deformação do solo prospectado fornecendo as seguintes informações Módulo pressiométrico de Ménard Pressão limite de Ménard Pressão residual Estes resultados permitem avaliar através de correlações os seguintes parâmetros Módulo de elasticidade do solo E Resistência não drenada dos solos argilosos saturados Su Resistência drenada dos solos arenosos ø Capacidade de carga e recalques em fundações rasas e profundas O ensaio é normalizado pela ASTM D4719 Standard Test Method for Prebored Pressuremeter Testing in Soils 45 FUNDAÇÕES I SONDAGENS Célula Pressiométrica Aquisição de Dados 46 FUNDAÇÕES I SPT vs CPT Item SPT CPT Tipo de Solo Todos Evitase argilas muito duras areias muito compactas e cascalhos Correlações empíricas Grande disponibilidade de dados e estudos de décadas Bastante empregadas nas últimas 2 décdas Repetitividade Questionável Excelente Precisão Muitas fontes de erros Muito boa Resolução Intermitente 045mm Contínua Amostragem Permite Não permite Padronização do equipamento Variável Padronizado Custo médio no RS R80 e 150metro mais mob R150 a 300metro mais mob FUNDAÇÕES I EXEMPLO 1 Estime os parâmetros de resistência de uma areia com SPT médio de 12 golpes ao longo do bulbo de tensões de uma sapata de 3m de lado que será construída sobre este solo NSPT 12 Areia então c0 apenas ø 𝜙 20 𝑁𝑆𝑃𝑇 15 𝜙 04 𝑁𝑆𝑃𝑇 28 Godoy 1983 Teixeira 1996 48 FUNDAÇÕES I FUNDAÇÕES I SONDAGENS Anexo A informativo Tabela dos estados de compacidade e de consistência Solo Índice de resistência à penetração N Designação 4 Fofao Areias e siltes arenosos 5 a 8 Pouco compactao 9 a 18 Medianamente compactao 19 a 40 Compactao 40 Muito compactao Argilas e siltes argilosos 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Médiao 11 a 19 Rijao 19 Dura o ¹ As expressões empregadas para a classificação da compacidade das areias fofa compacta etc referemse à deformabilidade e resistência destes solos sob o ponto de vista de fundações e não devem ser confundidas com as mesmas denominações empregadas para a designação da compacidade relativa das areias ou para a situação perante o índice de vazios críticos definidos na Mecânica dos Solos SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO PESO ESPECÍFICO DE SOLOS ARENOSOS kNm³ Godoy 1972 N golpes Consistência Areia Seca Areia Úmida Areia Saturada 5 Fofa 16 18 19 5 a 8 Pouco Compacta 16 18 19 9 a 18 Medianamente Compacta 17 19 20 19 a 40 Compacta 18 20 21 40 Muito Compacta 18 20 21 50 FUNDAÇÕES I SONDAGENS CORRELAÇÕES ENTRE NSPT E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO 51 FUNDAÇÕES I