Antes de avaliar os resultados de qualquer ensaio feito com um cone elétrico ou piezocone, é necessário ter conhecimento e levar em consideração todos os fatores que podem ser fontes de diferenças. Destacam-se novamente que as três principais fontes de diferenças são:
Efeito de áreas desiguais;
Localização do piezo-elemento, tamanho e saturação; Precisão das medidas.
b) Classificação dos solos e identificação de perfil geotécnico
Uma das principais aplicações do piezocone é a identificação do perfil geotécnico a partir do emprego de cartas de classificação. A experiência tem demonstrado que, tipicamente, a resistência de ponta (qc) é alta em areias e baixa em argilas, sendo que o atrito
lateral (fs) é baixo em areias e alto em argilas.
Douglas & Olsen (1981) foram os pioneiros em propor uma carta de classificação de solos a partir da resistência de ponta (qc) e a razão de atrito (Rf) determinada com cones
elétricos. Uma das cartas de classificação mais utilizada é a proposta por Robertson et al. (1986), apresentada na Figura 3.8. Esta carta utiliza a resistência de ponta corrigida (qT) e a
tendência de variação da densidade relativa (Dr), do histórico de tensões (OCR), da sensibilidade (St) e do índice de vazios (e). O piezocone permite, ainda, que se classifique o solo utilizando a informação de poro-pressão, através do índice de poro-pressão (Bq). Esse
recurso é interessante, especialmente para solos moles, nos quais os valores de resistência de ponta são baixos e a geração de poro-pressão é elevada.
R E S IS T Ê N C IA D E P O N T A - q (M P a ) 0,1 0 1 1 1 10 10 8 Dr 9 100 RAZÃO DE ATRITO, R (%) 2 3 4 5 St 5 4 e 3 2 6 7 8 12 7 6 11 R E S IS T Ê N C IA D E P O N T A - q (M P a )
PARÂMETRO DE PORO PRESSÃO - Bq 0,1 -0,2 0 0,2 1 0,4 0,6 0,8 1,0 4 5 3 6 10 10 87 9 100 2 1,2 1,4 1 OCR St 11 ou 12 10 9 t t f q = q + u(1-a) T c q t u - u q Bq= o v t 2 o u2 o u vo OC R * Pré-adensado ou cimentado SBT Tipo de comportamento do solo
1 Solos finos sensíveis
2 Solos orgânicos
3 Argila 4 Argila siltosa a argila
5 Silte argiloso a argila siltosa 6 Silte arenoso a silte argiloso 7 Areia siltosa a silte arenoso 8 Areia a areia siltosa
9 Areia 10 Areia pedregulhosa a areia
11 Solo fino muito rijo * 12 Areia a areia pedregulhosa *
Figura 3.8: Carta de classificação de solos utilizando CPT elétrico (Robertson et al., 1986).
A resistência de ponta e o atrito lateral aumentam com a profundidade devido à tensão de confinamento. Portanto, os dados obtidos pelo CPT necessitam de correções, especialmente para as sondagens mais profundas. Por exemplo, em uma camada espessa de argila pré-adensada, a resistência do cone aumentará com a profundidade, resultando em mudanças aparentes na classificação (Robertson, 1998). Assim, uma outra carta de classificação com base em dados obtidos em sondagens CPTU foi proposta por Robertson (1990) e é recomendada para sondagens com profundidade superior a 30 m.
Essas cartas foram elaboradas sem levar em consideração a medida de poro-pressão. As medidas de atrito lateral, às vezes, são menos precisas e confiáveis do que a medida da
resistência de ponta. Também, diferentes cones podem produzir diferentes medidas de fs. Esse
fato deve estar associado a variações nas características dos projetos elétricos e mecânicos da luva de atrito, assim como pelo efeito das áreas desiguais. Para superar os problemas associados às diferentes medidas obtidas para fs, várias cartas de classificação foram feitas
baseadas em valores de qt e poro-pressão, como por exemplo, àquela apresentada por
Senneset & Janbu (1984).
Campanella et al. (1995) não acreditam que é possível identificar o solo apenas baseado em qt e ∆U. Algumas vezes, variações observadas na razão de atrito podem ser mais
úteis para definir mudanças no tipo de solo que ocorre no perfil. Portanto, esse autor recomenda o uso dos três dados (qt, U, fs) na forma de qt, Bq e Rf, para definir o tipo de
comportamento do solo. Bq é dado por:
(
t vo)
q q U B σ − ∆ = Equação 3.8 em que:∆U = excesso de poro-pressão medida atrás da ponta;
qt = resistência de ponta, levando-se em conta as correções por efeito de U;
σv = tensão geostática total
O emprego de cartas de classificação deve ser feito com critério, pois não considera fatores específicos como, por exemplo, histórico de tensões, densidade, rigidez e índice de vazios. A forma que se dará a dissipação de poro-pressão, quando se interrompe a penetração do cone, é um recurso interessante que pode auxiliar na classificação do solo. Em solos argilosos pré-adensados e rijos, a poro-pressão atrás da ponta pode ser muito baixa em comparação com a poro-pressão na face do cone. Quando a penetração é interrompida o registro de poro-pressão imediatamente atrás da ponta pode ser útil antes dela dissipar para a pressão de equilíbrio. Esse aumento de pressão pode ser provocado pela equalização local da elevada pressão nos poros próximos à face do cone, embora a saturação ineficiente também possa provocar comportamento semelhante.
Outro problema relacionado ao emprego de cartas de classificação de solos baseados em dados do CPTU é que, com o aumento da profundidade, tem-se um maior efeito da tensão geostática no comportamento dos solos. Portanto, quando se utiliza a classificação para profundidades superiores a 30 m, pode ocorrer algum erro, já que elas foram feitas baseadas em dados de sondagens até essa profundidade.
Tentativas foram feitas no sentido de procurar normalizar os resultados do cone a partir da tensão geostática efetiva - σ'vo (Robertson & Campanella, 1985). Entretanto, ainda
não se chegou a um consenso de como os dados de cone devem ser normalizados. Olsen & Farn (1986) utilizam diferentes métodos na normalização de ensaios para diferentes tipos de solo, que dependem de um processo de interpretação interativo, o qual exige a utilização de um programa de computador. Teoricamente, toda a normalização para considerar o aumento de tensões geostáticas considera as mudanças nas tensões laterais. Isso pode ser eliminado, usando a tensão octaédrica (σ'm) dada por:
σ’m = 1/3 ( σ’vo (1+k0) ) Equação 3.9
em que
σ’vm Tensão octaédrica;
σ’v o Tensão geoestática efetiva;
Ko Coeficiente de empuxo em repouso
Entretanto, no momento, isso leva apenas a um pequeno benefício, já que é necessário conhecer, a priori, as tensões in-situ (Ko). Mesmo que se normalize, utilizando apenas a tensão vertical, é necessário que se conheça o peso específico do solo e a posição do nível da água. Campanella et al. (1995) sugerem que se use o ábaco da Figura 3.8, até que se tenha melhor definido como se fará a normalização das tensões. Recomenda, ainda, cuidado para profundidades superiores a 30 m.
Robertson (1990) propôs um ábaco de classificação dos solos, baseada na resistência de ponta normalizada e razão de atrito para interpretação, considerando a carta em função de Bq. Esse gráfico tem a vantagem de poder ser utilizado para sondagens com profundidade
superior a 30 m.
É sempre importante enfatizar que as cartas de classificação são gerais e fornecem apenas uma orientação quanto ao tipo de solo. Essas cartas não podem fornecer uma previsão exata do tipo de solo para qualquer aplicação de engenharia. Entretanto, para locais de geologia conhecida, as mesmas podem ser ajustadas a partir da experiência local levando assim a uma excelente correlação.
A resistência à penetração da ponta do cone é influenciada pelas propriedades de solo a frente e atrás dela. Estudos em câmaras de calibração (Schmertmann, 1978), mostram que a ponta é sensível a uma interface de duas camadas entre 5 a 10 diâmetros da sua parte da frente e da sua parte de trás. Essa distância aumenta como o aumento da rigidez do solo penetrado.
O contínuo monitoramento da poro-pressão durante a penetração do cone pode melhorar significativamente a identificação da estratigrafia do solo (Campanella et al., 1983). O tempo de resposta de um piezômetro totalmente saturado é rápido o suficiente para permitir que se observe mudanças na poro-pressão, num intervalo de tempo inferior a 0,25 segundos. Isso corresponde a uma espessura da camada de cerca de 5 mm ou até menos, para a velocidade de penetração padrão de 20 mm/s. Entretanto, observar essa fina camada, na prática dependerá da resposta do solo ao avanço do cone e ao intervalo de variação de profundidade, para o registro dos dados. Para finas camadas de areia dentro de corpos de argila, as características de drenagem desse material desempenham um papel importante na identificação do perfil.
c) Interpretação direta dos resultados do CPT
Uma forma de interpretação de resultados de sondagens CPT é correlacionar empiricamente qc e fs medidos com o comportamento observado em fundações, prática que
tem sido utilizada, especialmente no Brasil, provavelmente pela dificuldade de considerar os diversos fatores que afetam o comportamento de solos residuais não saturados. Os métodos empíricos desenvolvidos para a previsão do comportamento de fundações, como por exemplo, o de Aoki & Velloso (1975) são, em geral, para valores de qc e fsobtidos utilizando-se o cone
mecânico. De Ruiter (1971), recomenda que não se corrija o valor de qc obtido com cone
elétrico no caso de aplicação de métodos originados de dados de cone mecânico, como no caso de capacidade de carga de estacas. Entretanto, quando se utiliza um cone elétrico, as pesquisas realizadas mostram que os valores de atrito lateral medidos em cone mecânico são da ordem do dobro daqueles medidos utilizando-se um cone elétrico. De Ruiter (1971) atribui tal diferença à resistência extra desenvolvida no bordo inferior da luva de atrito do cone de Begemann, a qual é incluída no registro de atrito lateral.
d) A estimativa de parâmetros de projeto
Com base nos valores de qc, fs e U medidos, é possível estimar os parâmetros de
resistência, compressibilidade e permeabilidade do solo. Essa forma de análise de resultados de sondagens CPT ou CPTU é conhecida como abordagem indireta de interpretação. Para a obtenção desses parâmetros existem inúmeras propostas na literatura internacional. A maioria foi desenvolvida para solos sedimentares, sendo poucos os estudos existentes para avaliar o comportamento de solos residuais.
No caso de areias, os seguintes parâmetros podem ser estimados: densidade relativa (Dr), parâmetro de estado das areias (ψ), coeficiente de empuxo no repouso (Ko), ângulo de atrito interno efetivo (φ’), módulos de deformabilidade (E), edométrico (Ed) e de cisalhamento
máximo (Gmax). Já, para as argilas, os seguintes parâmetros podem ser estimados: resistência
não drenada (Su), razão de pré-adensamento (OCR), sensibilidade (St), módulos (E, Ed e
Gmax), coeficiente de adensamento (ch e cv) e permeabilidade (kh e kv). Embora alguns
parâmetros listados acima possam ser interpretados segundo uma abordagem teórica, a maioria deles, geralmente, foi obtido através de correlações com resultados de ensaios de laboratório e/ou ensaios específicos de campo (Quaresma et al.; 1996). Recomenda-se sua utilização em estimativas para posterior confirmação, quando necessário, utilizando ensaios específicos de campo ou de laboratório.