INTRODUÇÃO AO DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO COM USO DO CPT
(Cone Penetration Test)

O presente trabalho tem objetivo principal de apresentar alguns conceitos bsicos de CPT, um breve histrico dos ensaios de cone e orientaes bsicas para o dimensionamento de fundaes.

O trabalho foi organizado atravs de traduo e compilao de diversos artigos, citados na bibliografia.

 

1 - HISTRICO

O ensaio de cone conhecido como cone holands, ou tambm chamado de ensaio de penetrao esttica, foi criado na dcada de 30, (cone mecnico) no laboratrio de Mecnica dos Solos de Delft, na Holanda. Dois equipamentos foram desenvolvidos: o primeiro (Barentsen, 1936) com a finalidade de obter dados sobre a consistncia dos depsitos aluviais existente na parte oeste da Holanda, para estudos de implantao de estradas; o segundo (Laboratory of soil Machanics, Delft, 1936) tinha o objetivo de obter dados para o projeto de fundao em estaca, mais especificadamente dados sobre camadas arenosas - subjacentes aos depsitos aluviais mencionadas anteriormente, onde se assentavam as estacas das construes Holandesas. (Caso dos nossos solos litorneos).

importante salientar, portanto, uma caracterstica fundamental do ensaio, a de que desde o comeo haviam diferentes objetivos quanto sua utilizao: - obteno de parmetros geotcnicos,(densidade, angulo de atrito interno e coeso) - correlao direta com o comportamento de estacas ( o cone representa a miniatura de uma estaca ) e um terceiro, - a classificao e estratigrafia dos solos incorporou-se aos dois primeiros, a partir sobretudo do trabalho clssico de Begemann ( 1965).

Posteriormente houve o desenvolvimento de piezocones(CPTU), que nada mais so do que cones com sensores eletro-eletrnicos para medir tambm a poro-presso.

 

2 - ENSAIOS DE CPT (CONE PENETRATION TEST)

A Solo Sondagem e Construes Ltda, traz ao Brasil o que existe de mais moderno no mercado mundial . Trata-se de um cone mecnico com aquisio de dados atravs de carto digital acoplvel a microcomputador tipo notebook para o processamento de dados.

O ensaio CPT consiste na cravao esttica lenta do cone com coleta de dados a cada 20 cm, cravado por um penetrmetro hidrulico.

O cone utilizado apresenta luva de atrito de 150 cm2 de rea com 36 mm de dimetro e ponta cnica com ngulo de 60 e 10 cm2 de rea, atendendo s especificaes das normas nacionais e internacionais ( NBR - 12069\ ISSMFE - 89).

O ensaio CPT consiste na medio da resistncia do solo penetrao esttica da ponta cnica (qc), o atrito lateral local ao longo da luva de atrito (fs), a relao de atrito, muito usada para classificao estratigrfica (Fr), e ainda nos casos de piezocones mede-se a poro-presso que a presso neutra desenvolvida durante a penetrao do cone.

(Dimenso em mm)
Fig. 1 - Ponteira mecnica (Begemann) com luva de atrito lateral

 

3 - RECOMENDAES PARA PROJETO DE FUNDAO COM CPT

 

3.1 - Engenharia de Fundaes

Existem bsicamente dois mtodos principais para aplicao dos dados do CPT em projetos geotcnicos:

i. Uso dos dados do CPT para avaliao de parmetros do solo; areias - o ngulo de atrito, a densidade relativa; argilas - resistncia no drenada ao cisalhamento e mdulo de elasticidade no-drenado.

ii. Uso direto da resistncia de ponta qc do CPT para projeto de fundaes (correlaes).

Muitas das primeiras utilizaes dos dados de CPT em projetos geotcnicos se realizaram atravs de aplicaes diretas ao dimensionamento de estacas. Esta abordagem apresentava a vantagem de se basear na experincia de campo. Desta forma, tais mtodos, quando aplicados a situaes similares podem produzir resultados seguros. Nos anos recentes, os mtodos de projeto baseados diretamente no CPT tem sido desenvolvidos com vista a outras aplicaes , tais como fundaes rasas e potencialidade de liquefao de solos arenosos. Os mtodos diretos so particularmente vantajosos em solos granulares.

A avaliao dos parmetros do solo pode ser til para projeto em casos onde o nvel de experincia seja baixo, sendo ento indispensvel uma anlise mais acurada.

No Brasil muitos engenheiros geotcnicos tm desenvolvido experincia nos projetos de fundao com base na relao direta com dados de SPT ( Standard Penetration Test). Com o advento do CPT, muitos engenheiros sentiam-se mais confortveis em converter os dados do CPT para os valores SPT, lanando mo ento dos mtodos de projeto existentes, baseados no SPT.

 

3.2 - Fundaes Diretas (Sapatas e Radiers)

 

3.2.1 - Fundaes Diretas sobre Areia

O critrio de recalque, antes mesmo do critrio de ruptura que em geral norteia o projeto, exceto quando se trata de fundaes estreitas ( < 1m) sobre areia fofa.

Uma rpida estimativa dos recalques de fundaes diretas sobre areia pode ser obtida diretamente de qc atravs da relao emprica: (Meyerhof)

Onde:

S   recalque.
q   
carregamento distribuido sobre a fundao.
B   
menor dimenso da fundao direta.
qc  
valor mdio da resistncia de ponta do cone, dentro do bulbo de presses (1,5 a 2B)

A tenso admissvel para o projeto de sapatas pode ser estimada com base nos valores de resistncia de ponta qc (MPa), medidos no ensaio de penetrao esttica do cone:

 Fig. 2 - Projeto de Fundaes Diretas. (Sobre areia)

qa   Tenso admissvel.

Expresso vlida para solos com qc > 1,5 MPa
O valor da tenso admissvel estimada dever ser limitada a 0,4 MPa.
O valor de qc ser o mdio estimado dentro da profundidade do bulbo de tenses da sapata ( 1,5 a 2,0 B ).

No se adotar uma soluo de fundao por sapatas no caso de solos porosos e/ou colapsveis, cuja quebra de estrutura poder levar a recalques considerveis da fundao. Da mesma forma, a fundao direta no ser apoiada sobre aterros em geral, os quais, freqentemente, contm matria estranha como restos orgnicos, entulho, etc.

Pressupem-se que abaixo da cota de apoio das sapatas, no ocorram solos com caractersticas inferiores s da camada de suporte. Na hiptese de ocorrer uma camada menos resistente, ser necessrio verificar se as tenses propagadas pelas sapatas ao topo da camada so compatveis com a mesma.

 

3.2.2 - Fundaes Diretas sobre Argila

Os dois principais clculos para fundaes rasas em argilas esto relacionados estabilidade e aos recalques. A estabilidade avaliada para os clculos de capacidade de carga utilizando-se como referencia a resistncia da argila. O recalque estimado a partir da compressibilidade da argila.

 Fig. 3 - Projeto de Fundaes Diretas. (Sobre argila)

qa    Tenso admissvel
Expresso vlida para solos com qc > 1,5 Mpa.
O valor da tenso admissvel estimada dever ser limitada a 0,4 MPa.
O valor de qc ser o mdio estimado dentro da profundidade do bulbo de tenses da sapata (1,5 a 2,0 B).

 

3.2.3 - Fundaes Profundas (Estacas)

A determinao da capacidade de carga de fundaes por estacas a partir do CPT uma das principais aplicaes deste mtodo.

qp    tenso-limite de ruptura de ponta.
qs
    
tenso-limite de ruptura de atrito lateral.
Ap   
rea da ponta.
As    
rea lateral.

 

3.2.3.1 - Mtodo Aoki-Velloso com Uso do CPT

qp = qcp / F1
qs = qcs / F2
F1 = 1,75
F2 = 3,5
Sendo o coeficiente estabelecido por BEGEMANN para correlacionar o atrito local do cone com a ponteira BEGEMANN com a tenso de ponta (qc)

          

O valor de qcp (MPa) poder ser calculado como a mdia dos valores numa regio 3 dimetro abaixo da ponta da estaca.

O valor de qcs (MPa) poder ser calculado como a mdia dos valores ao longo do fuste da estaca.

 

Tipo de solo
(%)
Areia
1,4
Areia siltosa
2
Areia silto-argilosa
2,4
Areia argilosa
3
Areia argilo-siltosa
2,8
Silte
3
Silte arenoso
2,2
Silte areno-argiloso
2,8
Silte argiloso
3,4
Silte argilo-arenoso
3
Argila
6
Argila arenosa
2,4
Argila areno-siltosa
2,8
Argila siltosa
4
Argila silto-arenosa
3

 

3.2.3.2- Mtodo dos Franceses

 

O Mtodo de Philipponnat

qp = p . qcp p um coeficiente funo do tipo de solo.
O valor de qcp a ser considerado a mdia dos valores numa regio trs dimetros abaixo e acima da ponta da estaca
qs =f . qcs/s O valor de qcs poder ser calculado como a mdia dos valores ao longo do fuste da estaca.

SOLO
s
areia qc < 08 MPa
100
8 < qc < 12 MPa
150
qc > 12 MPa
200
silte
60
argila
50
SOLO
p
areia
0,4
silte
0,45
argila
0,5

solo-estaca
Tipo de estaca
f
qs mximo (KPa)
concreto pr-moldada, Franki,
1,25
120
  injetada
 
 
concreto escavada D<1,5m
0,85
100
  escavada D>1,5m
0,75
80
  barrete
 
 
metlica perfil H ou Y
1,1
120

considerar permetro esterno

 

3.2.3.3 - Recalques de Estacas

Ainda que a instalao de estacas mude as caractersticas de deformao e compressibilidade da massa de solo circundante, tal influncia se estende a uma distancia equivalente a poucos dimetros abaixo da ponta da estaca. Meyerhof (1976) sugeriu que o recalque total de um grupo de estacas sob um carregamento de projeto seguro (no excedendo 1/3 da capacidade ltima do grupo) pode ser estimado, assumindo-se uma fundao equivalente.

Para um grupo de estacas com uma determinada resistncia, a fundao equivalente assumida para atuar sobre o solo numa profundidade efetiva de 2/3 do engaste da estaca.

Meyerhof sugeriu a seguinte relao para a estimativa do recalque de grupos de estacas em areia:

Onde :

qc     a mdia dos qc da zona de adensamento
B    
a largura do grupo de estacas
q    
o carregamento distribuido sobre a fundao
I     
o fator de influncia

D'     o engastamento efetivo

Esta expresso uma extenso da relao de Meyerhof para fundaes rasas em areia.

Se a espessura de areia sob a profundidade efetiva for menor que a largura da fundao (B), poder-se- reduzir o recalque estimado para uma variao aproximadamente linear com a espessura da camada.

No caso de ser a areia sobre-consolidada, a relao anterior considerar um recalque superetimado.

O recalque de um grupo de estacas em uma camada de argila estimada a partir do Eu (mdulo de elasticidade no-drenado) e das propriedades de consolidao (mv) da argila e tratando a fundao como uma fundao equivalente a vista anteriormente para um grupo de estacas em areia. A razo de recalque para grupos de estacas em argila controlada pelo coeficiente de consolidao do depsito, de maneira similar fundao rasa.

 

3.2.3.4. - Atrito Lateral Negativo

O atrito lateral negativo raramente representa um problema de resistncia, pois freqentemente reconhecido como um problema de recalque. A magnitude da suco no influencia a capacidade de carregamento da estaca. Excees dizem respeito a carregamentos ltimos de estacas instaladas em argilas muito resistentes sobre rocha onde um atrito negativo muito elevado pode causar danos estaca. Em geral, uma estaca de grande rigidez, de elevada capacidade poder propiciar uma grande suco, mas pequenos recalques; j uma estaca pouco rgida, de baixa capacidade, presenciar uma suco baixa, mas recalques altos.

 

4 - Ensaio de Palheta (Vane Test)

O ensaio de palheta tem por objetivo determinar a resistência não drenada (Su) do solo in situ, normalizado no Brasil pela NBR 10905/89 e nos Estados Unidos o procedimento é normalizado pela ASTM D2573-08. O ensaio consiste na cravação de palheta cruciforme onde é aplicado o torque para cisalhar o solo por rotação. Com base no torque medido é utilizada a seguinte equação para determinação da resistência não drenada:

 
Su = 0,86 (M - A)
                πD³

M = Torque máximo medido (Nm)
A = Atrito medido (Nm)
D = Diâmetro da Palheta (m)

O equipamento utilizado é o modelo elétrico da Geotech, conforme figura abaixo:

 

 Fig. 4 - Equipamento Vane Elétrico Geotech

 

As palhetas têm as seguinte dimensões 6,5cm de diâmetro por 13cm de comprimento.

 

5 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ASTM - 3441 (1988) - Standard Test Method for Deep, Quasi-Static, Cone and Friction - Cone Penetration Tests of Soil.

MB - 3406 (1991) - Ensaio de Penetrao de Cone in Situ (CPT).

Fundaes Teoria e Prtica (1998) - Vrios autores - Pini 2 Ed. - So Paulo.

Almeida M.S. (1996) - Aterros sobre solos moles: da concepo avaliao do desempenho. Rio de Janeiro, UFRJ.

Rogrio, P.R.G. (1984) - Clculo de Fundaes Atravs do Ensaio DEEP - Sounding - Editado pelo autor.

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