2.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
2.2.2 Ensaio piezocone (CPTU)
Ao contrário da classificação empregada na NBR 6122, que determina que o SPT é o método principal de prospecção geotécnica, Schnaid e Odebrecht (2012)
ressaltam que os ensaios de penetração do piezocone (CPTU) são considerados, internacionalmente, uma das ferramentas mais importantes de prospecção geotécnica.
A diferença entre o ensaio de cone para o piezocone é a leitura do excesso de poropressão, pois ambos fornecem dados da resistência de ponta e do atrito lateral do solo. O CPTU consiste na cravação de uma ponta em formato de cone, com uma velocidade constante de 15 a 25 mm/s, com seção transversal convencional de 10 cm², dotado de sensores que verificam a resistência na ponta do instrumento (qc), a resistência lateral (fs) e o excesso de poropressão (u), durante a penetração.
A leitura da poropressão é realizada por meio de um elemento filtrante e um conjunto de sensores que transmitem essas informações para um computador.
Trata-se de um anel que pode ser composto de aço, plástico, cerâmica ou bronze e é acoplado ao cone de penetração. Para realizar a correta aferição do excesso de poropressão, o material filtrante deve permanecer submerso no fluido de saturação até o momento da execução do ensaio (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012).
É possível realizar as leituras em três pontos distintos (FIGURA 8). A leitura u2 é essencial por ser utilizada na correção dos valores aferidos de qc, porém as leituras u1 e u3 também podem ser realizadas durante o ensaio (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012).
FIGURA 8 – POSIÇÕES DA LEITURA DO EXCESSO DE POROPRESSÃO
FONTE: Schnaid e Odebrecht (2012).
Além das diferentes posições utilizadas, na medição do excesso de poropressão, existe variação na geometria dos cones devido a não existência de padronização entre os fabricantes dos equipamentos. Essa informação é de extrema importância, pois afeta a correção dos dados adquiridos in situ.
A grande vantagem deste ensaio, em relação ao SPT, é a estratigrafia contínua, a mecanização do ensaio e as medidas de poropressão, que são indicativos da drenagem do solo, característica muito relevante nos projetos que possui recalque significativo e em solos siltosos (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012).
A interpretação de todos os processos envolvidos durante a execução do ensaio é de grande complexidade, no entanto, é possível realizar estimativas de parâmetros geotécnicos com grande confiabilidade e precisão. Tais estimativas possuem diferentes níveis de confiabilidade e eficácia, as quais são apresentadas na TABELA 4.
TABELA 4 – EFICÁCIA NA PREVISÃO DE PARÂMETROS
Dados fornecidos CPT CPTU
Perfil do solo Alta Alta
Estrutura do solo Baixa Moderada a Alta
História de tensões Baixa Moderada a alta
Variação espacial das propriedades
mecânicas Alta Alta
Propriedades mecânicas Moderada a alta Moderada a alta
Características de adensamento - Alta
Condições do nível d’agua - Alta
Potencial de liquefação Moderada Alta
Economia no custo das investigações Alta Alta
FONTE: Adaptado de Battaglio et al. (1986) apud Schnaid e Odebrecht (2012).
Devido ao grande volume de dados coletados durante o ensaio, a maneira poropressão medido em campo (ROBERTSON e CABAL, 2014).
Para realizar a correção dos valores aferidos de 𝑞𝑐 é necessário utilizar a equação 11:
𝑞𝑡= 𝑞𝑐 + (1 − 𝛼). 𝑢2 (11)
Onde:
𝑞𝑐 = resistência de ponta medida em campo (kPa);
𝛼 = razão entre as áreas do cone obtido em laboratório;
𝑢2 = excesso de poropressão (kPa).
Apesar de não possibilitar a extração de amostras, o que permitiria a classificação do material, o ensaio CPTU permite classificar o solo, de forma segura, através da análise dos resultados de campo. É possível determinar o tipo de solo por meio de ábacos, com a relação 𝑞𝑐𝑥 𝑅𝑓, onde: com o objetivo de expandir e aprimorar o método, a pesquisa de Robertson (1990), incluiu parâmetros que levam em consideração a poropressão e o nível de tensões do solo, com as seguintes expressões:
𝑄𝑡 = (𝑞𝑡− 𝜎𝜐𝑜)
(𝜎𝜐𝑜− 𝑢0) (13)
𝐵𝑞 = (𝑢2− 𝑢0)
(𝑞𝑡− 𝜎𝜐𝑜) (14)
𝐹𝑟 = 𝑓𝑠
(𝑞𝑡− 𝜎𝜐𝑜). 100% (15)
Onde:
𝑄𝑡 = resistência de ponta líquida (ensaio de piezocone) normalizada pela tensão total;
𝐵𝑞 = parâmetro de classificação dos solos do ensaio de cone;
𝐹𝑟 = atrito lateral do ensaio de piezocone (%).
Com o objetivo de facilitar a utilização em planilhas, Jefferies e Davies (1993) implementaram o índice de classificação do material (𝐼𝑐), e Robertson e Wride (1998) desenvolveram uma versão simplificada do índice de classificação do material, como mostra a equação 16:
𝐼𝑐 = √{3,47 − 𝑙𝑜𝑔(𝑄𝑡𝑛)}2+ {1,22 + 𝑙𝑜𝑔(𝐹𝑟)}2 (16)
A partir do resultado obtido, com a equação 16, é possível classificar o material ensaiado utilizando as faixas de variação apresentadas na TABELA 5. O aumento do 𝐼𝑐 indica a redução de resistência dos materiais, enquanto os solos das zonas 8 e 9 são solos com alta consolidação ou cimentação.
TABELA 5 – CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL
7 Areias com pedregulhos <1.31
8 Areia e areia argilosa muito dura N/A
9 Solos finos com alta rigidez N/A
FONTE: Adaptado de Robertson (2014) – Desenvolvido por Robertson (1990), atualizado por Robertson (2010).
Todos os parâmetros apresentados são utilizados para classificação do material. Uma das grandes vantagens dos ensaios com cone é a possibilidade de determinar alguns parâmetros geotécnicos utilizados em modelagens numéricas, como: módulo de elasticidade do solo in loco (E), ângulo de atrito (Ø) e coeficiente de empuxo (𝑘0). A TABELA 6 apresenta as relações utilizadas para determinar esses parâmetros.
TABELA 6 – CORRELAÇÕES PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS
Parâmetro Símbolo Correlação Fonte
Módulo de
FONTE: Adaptado de Schnaid e Odebrecht (2012).
É possível determinar o valor do fator de capacidade do cone (𝑁𝑘𝑡) pelos valores encontrados em estudos prévios. Alguns resultados de solos brasileiros estão apresentados na TABELA 7.
TABELA 7 – VALORES DE 𝑁𝑘𝑡
Autor Local 𝑵𝒌𝒕 Ensaios
Rocha Filho e Alencar (1985) Sarapuí/RJ 10-15 Palheta
Danziger (1990) Sarapuí/RJ 8-12 Palheta
Coutinho, Oliviera e Danziger (1993) Recife/PE 10-15 Triaxial Árabe (1995) Vale Quilombo/SP 12-15 Palheta e Triaxial Soares, Schnaid e Bica (1997) Porto Alegre/RS 8-16 Palheta
Sandroni et al. (1997) Sergipe 14-18 Palheta e Triaxial Batista e Sayão (1998) Salvador/BA 12-18 Palheta FONTE: Adaptado de Schnaid e Odebrecht (2012).
Ainda que os equipamentos, que executam este ensaio, apresentem variações na geometria do cone, mecanismo de penetração, locomoção e armazenamento de dados, os ensaios CPT e CPTU auxiliam, de maneira segura, na obtenção dos dados para a elaboração de projetos geotécnicos.