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Metodologias de avaliação das características mecânicas de solos
fator corretivo CN apresentado na Tabela 2. 11 , definido em função do tipo de consolidação e da
compacidade relativa.
Tabela 2. 11 – Coeficiente corretivo , CN , em função da tensão vertical σ´v, em kPa (EN ISO 22476-3:2006).
Para solos arenosos normalmente consolidados é corrente o uso da seguinte expressão para
calcular CN :
sendo 𝜎´𝑣 0 a tensão efetiva vertical à profundidade a que N 60 foi obtido.
Esta expressão de natureza empírica foi proposta por Liao e Whitman (1985), e é baseada em
resultados de ensaios com câmaras de calibração, câmaras essas que permitem realizar ensaios
SPT sobre solos granulares reconstituídos em laboratório sob tensões efetivas médias distintas.
Em geral não é recomendável que os valores de CN sejam inferiores a 0,5 ou superiores a 2,0 (Matos
Fernandes, 2011 ). A norma EN ISO 224763:2006 refere que o valor de CN não deve ser superior a
1,5.
2.3.1.5. Correlações de NSPT com as características e parâmetros do solo
Os parâmetros geotécnicos que habitualmente mais se correlacionam com os resultados do SPT
são a compacidade, ângulo de atrito em solos arenosos e consistência e resistência ao corte não
drenada em solos argilosos (WELTMAN & HEAD, 1983; BONCHERE, 1991; FOLQUE, 1992). As
correlações entre os parâmetros geotécnicos dos solos devem ser encaradas como correlações
qualitativas e não tanto como quantitativas, isto devido ao elevado nível de perturbação, resultante
do tipo de cravação, tornando-se assim demasiado grosseiras (Santos, 2008).
A vasta utilização do SPT tem permitido uma série de correlações com diferentes parâmetros
geotécnicos, entre os quais:
Densidade relativa (Dr ), tendo em conta a influência da profundidade; Compacidade para solos granulares e consolidação para solos coesivos;
Ângulo de atrito em solos granulares ( ø );
40 a 60 200/(100+σ´v )
60 a 80 300/(200+σ´v )
Sobreconsolidado 170/(70+σ´v )
Tipo de consolidação
Compacidade relativa Ip (%)
Fator de correção CN
Normalmente consolidado
Capítulo 2
Velocidade de propagação das ondas sísmicas ou ondas de corte ( Vs )
Para além das correlações já referidas existem ainda outras, estando estas associadas a
parâmetros de deformabilidade. Contudo, e uma vez que o ensaio não possui sensibilidade
suficiente para a avaliação desses parâmetros, considera-se essas correlações demasiado
abusivas/exageradas. Johnston em 1983 evidenciou, que o ensaio SPT consistia num ensaio de
resistência, o qual solicita o solo para um estado de rotura. Daí, qualquer correlação com a
deformabilidade do solo obriga-nos a assumir uma relação constante entre esta e resistência, o que
do ponto de vista desse autor, conduz a desvios acentuados em relação à situação real.
- Índice de compacidade, ID
O índice de compacidade, ID (ou densidade relativa, Dr ), é usado para quantificar o grau de
imbricamento das partículas do solo (aplicável exclusivamente em solos granulares com menos de
15% de finos) isto é, é um parâmetro que fornece informação quando à compressibilidade de um
determinado solo. Este parâmetro varia de 0 a 100%, sendo que quanto maior for o índice de
compacidade menos compressível será o solo.
O índice de compacidade é definido pela seguinte expressão:
× 100 (%) ( 2. 9 )
Sendo:
e – Índice vazios natural, sendo o índice de vazios que um determinado solo arenoso exibe in situ ;
emax , emin – Índices de vazios máximo e mínimo, de um determinado solo, determinados
experimentalmente.
Terzaghi e Peck (1948) publicaram a primeira correlação entre os valores retirados do SPT e o
índice de compacidade, representado na Tabela 2.1 2 , válida para areias quartzosas, sendo
posteriormente modificada por Skempton (1986) para ter em conta as normalizações do valor de N ,
(N 1 ) 60 , de acordo com a Tabela 2.1 3 , válida para areias normalmente consolidadas. Esta é das
correlações mais usadas entre a compacidade dos solos arenosos e os valores do ensaio.
O intervalo de valores normalizados do ensaio SPT deve ser limitado a (N 1 ) 60 < 60, devido ao facto
de acima deste valor poder ocorrer esmagamento dos grãos devido às elevadas forças de
compressão dinâmica.
Capítulo 2
A Figura 2. 5 , Mayne et al. (2002) apresenta essencialmente a mesma correlação juntamente com
outras determinações experimentais obtidas por diferentes autores.
Figura 2. 5 – Relação entre (N 1 ) 60 e o índice de compacidade para areias limpas (Mayne et al., 2002).
Terzaghi e Peck (1967) estabelecem uma relação entre N e a consistência dos solos finos
correlacionando com o valor da resistência à compressão simples ( qu ), Tabela 2.1 4.
Tabela 2. 14 – Relação entre a consistência de argilas, N e qu (Terzaghi e Peck, 1967).
Posteriormente aos trabalhos de Terzaghi e Peck, Gibbs e Holtz (1957), demostraram que o valor
de N não depende unicamente do valor da densidade relativa, mas também da tensão efetiva
vertical. Na Figura 2. 7 apresenta-se a comparação entre o ábaco de Gibbs e Holtz com o trabalho
de Terzaghi e Peck realizada por Coffman (1960).
N Consistência (^) qu (kg/cm 2 ) <2 Muito mole <0,
2-4 Mole 0,25-0, 4-8 Média 0,50-1,
8-15 Dura 1,00-2, 15-30 Muito dura 2,00-4,
30 Rija >4,
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Figura 2. 6 – Correlações entre os valores do SPT e o índice de compacidade (Gibbs & Holtz, 1957; Holtz and Gibbs, 1979).
Figura 2. 7 – Comparação entre o ábaco de Gibbs y Holtz (1957) com o de Terzaghi e Peck (1948) elaborado por Coffman (1960, citado por IGEOTEST, 2004)..
Para a aplicação deste ábaco é necessário ter em conta a compressibilidade dos solos arenosos.
Um aumento de mica ou carbonato, por exemplo, faz que um solo arenoso seja mais compressível.
Por conseguinte, ao aplicar este ábaco nesses casos, é necessário considerar (Cestari, 1990, citado
por IGEOTEST, 2004):
Para valores de ID < 70%, os valores obtidos do ábaco são superiores aos reais;
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al. (1973). As maiores divergências observam-se para valores elevados do índice de compacidade
(Marcuson et al., 1977 citado por IGEOTEST,2004).
A técnica do ensaio, assim como a granulometria, a composição e a forma das partículas são fatores
que influenciam a correlação. Algumas das correlações publicadas tentam levar em conta estes
fatores, considerando, por exemplo o índice de uniformidade.
Skempton (1986), resumindo a informação disponível até ao momento, conclui que as correlações
originais de Terzaghi e Peck são perfeitamente válidas desde que se utilize os valores normalizados
(N 1 ) 60. Segundo este autor, esta relação pode ser expressa por:
𝐼𝐷^2
onde a tensão efetiva vertical está expressa em kPa/cm^2. Esta expressão é análoga às deduzidas
por Meyerhof e Bazarra.
Os parâmetros a e b podem ser considerados constantes no intervalo 0,85 > ID >0,35 e 2,5 >σ´v0 >
0,5 kgf/cm^2 (Cestari, 1990).
O grau de sobreconsolidação do depósito interfere na equação 2.15, incrementando o valor do
coeficiente b.
- Ângulo de atrito,
Os dados que se obtêm do ensaio SPT permitem estimar o ângulo de atrito, , dos materiais
granulares, podendo este ser estimado indiretamente através dos valores estimados do ID , como
diretamente a partir do valor NSPT, como tem sido usual atualmente. Algumas destas correlações
são a seguir indicadas.
A Figura 2. 8 representa conjuntamente os ábacos empíricos propostos por Meyerhof (1956) e Peck
et al. (1974).
Capítulo 2
Figura 2. 8 – Estimativa de Meyerhof (1956) e Peck et al. (1974 citado por IGEOTEST, 2004).
As expressões de Meyerhof (1956) são expressas pelas equações 2. 16 e 2. 17 , sendo:
Para > 5% de areia fina e limo:
Para < 5% de areia fina e limo:
Burmister (1948) propôs correlações entre ID e em função da granulometria do solo. As expressões
desenvolvidas por este autor estão apresentadas na Tabela 2. 15
Tabela 2. 15 – Relações entre ID e segundo Burmister (1948). Gravilha uniforme ∅´^ = 38. 0 + 0 , 08. 𝐼𝐷 ( 2. 18 )
Areia grossa ∅´^ = 34 , 5 + 0 , 100. 𝐼𝐷 ( 2. 19 )
Areia média ∅´^ = 31 , 5 + 0 , 115. 𝐼𝐷 ( 2. 20 )
Areia fina ∅´^ = 28 , 0 + 0 , 140. 𝐼𝐷 ( 2. 21 )
Capítulo 2
Tabela 2. 16 – Propriedades comuns dos solos não coesivos (Hunt, 1984).
Para solos granulares sem coesão e tendo por base a correlação apresentada por Terzaghi e Peck
(1967) para ID , Meyerhof (1956) apresenta a relação, expressa na Tabela 2. 17 , entre N , e a
resistência de ponta ( qc ) do CPT, definindo-se assim uma das primeiras correlações entre o SPT e
o CPT.
Tabela 2. 17 – Relação entre ID , qc e para solos granulares, sem coesão (Meyerhof, 1956 citado por Lopes, 2001).
No sentido de obter o valor do a partir do SPT, vários autores prestaram as suas contribuições,
algumas mais discutíveis que outras, utilizando parâmetros intermediários ou não. Kulhawy e Mayne
(1990) propuseram uma aproximação à obtenção de a partir de N de acordo com a equação 2.2 4.
∅ = 𝑡𝑎𝑛−^1 (
12 , 2 + 0 , 2. 𝜎´𝑉^ )
0 , 34 ( 2. 24 )
Material Compacidade I (^) D (%) N (^1)
Peso volúmico seco (^) d (g/cm^3 )
Índice de vazios e
Ângulo de atrito Densa 75 90 2,21 0,22 40 Medianamente densa 50 55 2,08 0,28 36 Solta 25 < 28 1,97 0,36 32 Densa 75 70 2,04 0,33 38 Medianamente densa 50 50 1,92 0,39 35 Solta 25 < 20 1,83 0,47 32 Densa 75 65 1,89 0,43 37 Medianamente densa 50 35 1,79 0,49 34 Solta 25 < 15 1,70 0,57 30 Densa 75 50 1,76 0,52 36 Medianamente densa 50 30 1,67 0,60 33 Solta 25 < 10 1,59 0,65 29 Densa 75 45 1,65 0,62 35 Medianamente densa 50 25 1,55 0,74 32 Solta 25 < 8 1,49 0,80 29 Densa 75 35 1,49 0,80 33 Medianamente densa 50 20 1,41 0,90 31 Solta 25 < 4 1,35 1,00 27
ML: Siltes inorgânicos, areias muito finas
GW: Cascalho bem graduado , mistura de cascalho e de areia
GP: Cascalho mal graduado , mistura de cascalho e de areia
SW: Areias bem graduadas, areias com cascalho
SP: Areias mal graduadas, areias com cascalho
SM: Areias siltosas
Compacidade I D N SPT q c (kg/cm^2 )
Muito solto <0,2 <4 <30 < Solto 0,2-0,4 4-10 30-35 20- Médio 0,4-0,6 10-30 35-40 40- Denso 0,6-0,8 30-50 40-45 120- Muito denso >0,8 >50 >45 >
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Em 1989, Behpoor e Ghahramani propõem uma correlação entre N e qu e o módulo de elasticidade
( E ) de solos coesivos:
𝑞𝑢 (𝑘𝑃𝑎)^ = 15. 𝑁 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑁 < 25 ) ( 2. 25 )
Num trabalho utilizando amostras de areias congeladas e posteriormente submetidas a
descongelamento e ensaios triaxiais, de modo a obter o ângulo de atrito de pico, e correlacionando
os resultados com o valor de N obtidos em furos adjacentes aos da amostragem, corrigindo os
valores de N , foi possível a Hatanaka e Uchida (1996) obter a equação 2. 27 em termos de tensões
efetivas.
∅ = [ 15 , 4. (𝑁 1 ) 60 ]^0 ,^5 + 20 ( 2. 27 )
Na Figura 2. 10 está representado a correlação entre (N 1 ) 60 e , dada pela equação 2.27 e a proposta
por Décourt (1989).
Figura 2. 10 – Correlações entre (N 1 ) 60 e o ângulo de resistência ao corte de areias (Décourt, 1989; Hatanaka & Uchida, 196 citado por Matos Fernandes, 2011).
Nas Figuras 2.11 e 2.12 são apresentadas as relações entre (N 1 ) 60 e o ângulo de atrito propostas
por Skempton (1986) e Stround (1988).
Metodologias de avaliação das características mecânicas de solos
Tabela 2. 18 – Correlação entre ID e o ângulo de resistência ao corte de areias de quartzo (US Army Corps of Engineers, 1993, citado por Matos Fernandes, 2011).
- Módulo de deformabilidade, E
Existem também diversas propostas publicadas para relacionar os resultados do ensaio SPT com o
módulo de deformabilidade dos solos, E.
Um desses exemplos é a expressão obtida da análise de resultados de ensaios de carga em placa
realizada na Universidade Católica do Rio de Janeiro.
𝐸(MPa) = 2 , 9. 𝑁 + 2 , (^7) ( 2. 28 )
Blight (1997) refere uma correlação do NSPT para solos residuais com E , de acordo com a equação
𝐸(MPa) = 1 , 6. 𝑁 ( 2. 29 )
Por outro lado, Sandroni (1991) usou resultados de ensaios de carga em placa em solos residuais
de gnaisse com a finalidade de obter o valor de E para estes solos, como mostrado da Figura 2.1 3.
Figura 2. 13 – Relações de E com o N para solos residuais (Sandroni, 1991).
Uniformes Bem graduadas Uniformes Bem graduadas Uniformes Bem graduadas 40 34 36 36 38 38 41 60 36 38 38 41 41 43 80 39 41 41 43 43 44 100 42 43 43 44 44 46
I (^) D (%)
´ , areias finas ´ , areias médias ´ , areias grossas
Capítulo 2
Clayton (1986), com dados de Burland e Burbidge (1985) obteve os dados apresentados na Tabela
Tabela 2. 19 – Correlações entre E (MPa) e NSPT (N 60 ) para solos arenosos (Clayton, 1986 citado por Filho, 2010 ).
Bowles (2001) apresenta várias correlações entre o valor NSPT com o módulo de deformabilidade,
E , de acordo com a Tabela 2. 20.
Tabela 2. 20 – Correlações entre E (kPa) e NSPT ( N 55 ) para diverso tipos de solos (Bowles, 2001).
- Solos coesivos
Nos solos coesivos (solos argilosos), as corelações baseadas nos resultados do ensaio SPT só se
devem considerar como orientativas.
A Tabela 21 inclui uma classificação dos solos argilosos quanto à consistência proposta por Clayton
et al. (1995).
Tabela 2. 21 – Relação entre N 60 e a consistência das argilas segundo Clayton et al. (1995 citado por Matos Fernandes, 2011).
N Média Limite Inferior Limite superior 4 1,6 - 2,4 0,4 - 0,6 3,5 - 5, 10 2,2 - 3,4 0,7 - 1,1 4,6 - 7, 30 3,7 - 5,6 1,5 - 2,2 6,6 - 10, 60 4,6 - 7,0 2,3 - 3,5 8,9 - 13,
Tipo de Solo SPT
E = 500· (N (^) SPT +15)
E = 6000· N (^) SPT E = (15000 a 22000)·ln N (^) SPT
Areia Saturada E = 250·( N (^) SPT +15)
Areia sobreconsolidada E^ = 40000+1050· N^ SPT
E = 1200·( N (^) SPT +6) E = 600·(NSPT+6) N (^) SPT≤ 15 E = 600·(NSPT+6)+2000 NSPT > 15
Areia Argilosa E = 320·(NSPT+15)
Areia siltosa (^) E = 300·(NSPT+6)
Areia normalmente consolidada
Cascalho arenoso
E = 7000 𝑁𝑆𝑃𝑇
N 60 0 - 4 4 - 8 8 - 15 15 - 30 30 - 60 > 60
Consistência muito mole mole firme rija muito rija dura
Capítulo 2
- Correlações indiretas entre resultados de ensaios
É comum apresentar-se correlações entre NSPT e qc (resistência de ponta) do ensaio CPT para, a
partir do conhecimento do qc, se deduzirem os parâmetros mecânicos dos solos utilizando as
correlações mais fiáveis entre qc e E.
Estudos de carácter regional com uma análise de mais de 200 casos de ensaios CPT e SPT em
vários locais da Região Norte, conduziram a uma relação qc(MPa) / NSPT que oscila entre 0,35 e 0,
(Viana da Fonseca et al., 1994).
Este tipo de correlação é de muita importância nos solos residuais, pois estes apresentam zonas
mais resistentes que impedem a prossecução do CPT, limitação que não ocorre com o SPT. Usando
uma correlação qc / NSPT = 0,4 obtém-se parâmetros de resistência e de deformabilidade através do
qc.
O Eurocódigo 7 (EC7) apresenta na parte 2 uma sugestão para a obtenção do ângulo de atrito para
areias de quartzo e feldspato, esta sugestão utiliza uma correlação entre o valor de qc e o ângulo de
atrito, de acordo com a Tabela 2.23.
Tabela 2. 23 – Ângulo de atrito para areias de quartzo e feldspato a partir da resistência de ponta qc (Anexo C da parte 2 do EC7).
Outras relações entre o valor de qc e ´ foram estabelecidas, mas levando em linha de conta a
importante influência do estado de tensão vertical in situ, como por exemplo a proposta por
Robertson e Campanella (1983), de acordo com a Figura 2.1 5.
Figura 2. 15 – Estimativa do ângulo de atrito a partir do CPT e da tensão efetiva vertical para areia sílica (Robertson e Campanella, 1983 citado por IGEOTEST, 2004).
Muito baixa 0-2,5 29- Baixa 2,5-5,0 32- Média 5-10 35- Elevado 10-20 37- Muito elevado > 20 40-
Compacidade relativa
Resistência de ponta q (^) c (Mpa) a partir do ensaio CPT
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Para o módulo de deformabilidade é recomendado pelo EC7 o uso da seguinte equação:
Na Tabela 2.24 está representado um resumo de um conjunto de correlações entre o SPT e o CPT
apresentado por Daniziger et al. (1988 citado por Duarte, 2002).
Tabela 2. 24 – Correlações entre o SPT e o CPT (Daniziger et al.,1988 citado por Duarte, 2002).
- qc / N em MPa por pancada por 0,3 m.
2.3.2. Penetrómetros dinâmicos (DP)
Os ensaios de penetração dinâmica fazem parte dos meios mais antigos de prospeção do subsolo,
permitindo de forma simples e rápida investigar as condições dos solos in situ , obtendo-se
informações geotécnicas praticamente em contínuo.
A execução do ensaio consiste na determinação do número de golpes, N, através da ação de um
martelo em queda livre sobre o conjunto constituído, por um batente, um trem de varas e uma ponta
cónica, para que ocorra determinado comprimento de penetração desta. Teoricamente, a resistência
à penetração resulta apenas de forças de reação do terreno sobre a superfície cónica da ponta,
dado que o diâmetro das varas é inferior ao da base do cone da ponta (Matos Fernandes,2011).
Ao ser um sistema de prospeção muito antigo e de fácil execução, fez com que houvesse grande
variedade de penetrómetros com características diferentes, havendo uma grande dispersão dos
tipos de equipamentos.
País Referência Rocha Solo residual SPT CPT q^ c^ / N^ *** (média)** Barata et al. (1978) gnaise^
Argila silto-arenosa Areia silto-argilosa manual^ mecânico^
0,15-0, 0,20-0,
Alonso (1980) gnaise
Silte arenoso Areia e silte Argila siltosa
manual mecânico
0,31-0, 0,26-0, 0,
Velloso (1981) gnaise Areia siltosa arenoso^ Silte manual mecânico (^) 0,40-0,470, Rocha Filho & Carvalho (1988) gnaise^ Areia siltosa^ manual^ eléctrico^ 0,3-0, Nigéria Ajayi & Balogun (1988) - (^) Argila arenosa (saprólito)Argila arenosa (laterite) semiautomático mecânico 0,32 0,
Singapura Chang (1988)
granito rocha sedimentar
Silte argilo-arenoso Silte argiloso e erenoso -^ -^
0, 0,
Portugal Viana da Fonseca (1996)
granito Areia siltosa automático (Dando)
mecânico 0,
Brasil
