Caracterização de solos moles através de penetrômetros de fluxo

Abstract

A investigação geotécnica de campo frequentemente utiliza ensaios como o de piezocone (CPTu) e o ensaio de palheta (Vane Test), para estimar parâmetros de adensamento e a resistência ao cisalhamento não drenada (Su) em solos moles. O piezocone fornece um perfil contínuo de Su com base em fatores de capacidade de carga, além de parâmetros de adensamento por meio de ensaios de dissipação. Já o ensaio de palheta oferece uma medida direta de Su, mas em profundidades específicas e pré-determinadas. As limitações dos ensaios de ponteira cônica, em especial a relativa dispersão em relação aos fatores de capacidade de carga necessários para estimativa da resistência não drenada, motivaram o desenvolvimento de diferentes tipos de penetrômetros, com pontas esféricas ou cilíndricas, conhecidos como penetrômetros de fluxo. Esses equipamentos têm a capacidade de estimar, em um único ensaio, tanto a resistência ao cisalhamento não drenada (Su) quanto a resistência amolgada (Sur). Quando equipados com sensores de pressão, também fornecem dados sobre a estratigrafia do solo e parâmetros de adensamento, sendo ferramentas versáteis na caracterização de solos moles. Neste contexto, esta pesquisa tem como objetivo geral aplicar os ensaios de penetrômetros de fluxo piezoball e piezo-T para caracterizar parâmetros de resistência e adensamento de solos moles nas regiões de Tubarão/SC e no campo experimental de Sarapuí II. Inicialmente, os penetrômetros de fluxo foram aprimorados com base em pesquisas anteriores, especialmente quanto à posição dos transdutores de pressão. Em seguida, os equipamentos foram calibrados para estimar a resistência ao cisalhamento não drenada, com validação através da comparação com métodos tradicionais, como os ensaios CPTu e de palheta. Ensaios em campo permitiram comparar os resultados dos penetrômetros de fluxo com os de piezocone e de palheta, tanto em termos de Su quanto em relação Sur. O estudo também investigou o coeficiente de adensamento dos solos moles por meio de ensaios de dissipação, utilizando abordagens previamente publicadas na literatura. Os resultados indicaram que o aprimoramento das ferramentas foi bem-sucedido, proporcionando medições consistentes de poropressão ao longo da estratigrafia. Além disso, com a estimativa dos fatores de capacidade de carga Nb e NT, através das metodologias publicadas, para o piezoball e para o piezo-T, respectivamente, os penetrômetros se mostraram eficazes na obtenção de estimativas consistentes tanto da resistência ao cisalhamento não drenada quanto do coeficiente de adensamento, revelando-se ferramentas promissoras para a caracterização de solos moles. No entanto, identificou-se a necessidade de ajustes nos métodos de interpretação para os solos estudados, especialmente no que diz respeito à utilização das medidas de resistência à penetração e extração dos penetrômetros. Com base nos resultados obtidos, propostas foram elaboradas para uma interpretação adequada da resistência na condição amolgada (qrem) e para a estimativa da sensibilidade do solo (ST). As conclusões reforçam o potencial dos penetrômetros de fluxo como alternativas promissoras, capazes de complementar, de maneira eficiente, os ensaios de piezocone e de palheta.

Abstract: Field geotechnical investigation frequently employs tests such as the piezocone (CPTu) and the vane test to estimate consolidation parameters and undrained shear strength (Su) in soft soils. The piezocone provides a continuous profile of Su based on bearing capacity factors, as well as consolidation parameters through dissipation tests. The vane test, in turn, offers a direct measure of Su but only at specific, pre-determined depths. The limitations of cone penetrometer tests, particularly the variability in bearing capacity factors required for estimating undrained shear strength, have driven the development of different types of penetrometers with spherical or cylindrical tips, known as flow penetrometers. These devices can estimate both undrained shear strength (Su) and remolded shear strength (Sur) in a single test. When equipped with pressure sensors, they also provide data on soil stratigraphy and consolidation parameters, making them versatile tools for soft soil characterization. In this context, this research aims to apply piezoball and piezo-T flow penetrometer tests to characterize resistance and consolidation parameters of soft soils in the regions of Tubarão/SC and the Sarapuí II experimental field. Initially, the flow penetrometers were improved based on previous studies, particularly regarding the positioning of pressure transducers. Subsequently, the equipment was calibrated to estimate undrained shear strength, validated through comparison with traditional methods, such as CPTu and vane tests. Field tests allowed comparison of the results from flow penetrometers with those from piezocone and vane tests, both in terms of Su and Sur . The study also investigated the consolidation coefficient of soft soils through dissipation tests using approaches previously published in the literature. The results indicated that the improvement of the tools was successful, providing consistent pore pressure measurements along the stratigraphy. Moreover, with the estimation of bearing capacity factors Nb and NT through published methodologies for the piezoball and piezo-T, respectively, the penetrometers proved effective in obtaining consistent estimates of both undrained shear strength and consolidation coefficient, demonstrating significant potential as promising tools for soft soil characterization. However, adjustments to interpretation methods were found to be necessary for the studied soils, particularly concerning the use of penetration and extraction resistance measurements. Based on the results, proposals were developed for the appropriate interpretation of remolded resistance (qrem) and for estimating soil sensitivity (ST). The conclusions highlight the potential of flow penetrometers as promising alternatives, capable of efficiently complementing piezocone and vane tests.