A elaboração de projetos de engenharia envolve, via de regra, estudos a respeito das características geotécnicas do terreno e exige um conhecimento adequado das características e das propriedades dos solos. O reconhecimento do subsolo e a determinação das propriedades geotécnicas podem ser feitos através de investigações geotécnicas de campo. Na maioria dos casos, são necessárias a utilização de correlações empíricas e calibrações para converter os resultados de ensaios de campo em propriedades adequadas para o projeto. Dentre os principais métodos de investigação geotécnica, destacam-se os ensaios de penetração do cone – CPT e o Piezo Cone Penetration Test – CPTu. Os resultados destes ensaios permitem a identificação estratigráfica de perfis de solos, a determinação de suas propriedades mecânicas, estimadas com base em correlações empíricas e semi-empíricas, visando aplicações em diversas áreas da geotecnia, em particular na previsão da capacidade de carga e de recalques de fundações.
Os primeiros estudos relativos ao ensaio de penetração estática, chamado de “diepsondering”, “deepsounding”, ensaio de cone holandês ou simplesmente ensaio de cone, foram realizados por TERZAGHI (1930). Logo em seguida, estudos se seguiram através dos especialistas do Laboratório de Mecânica dos Solos de Delft, na Holanda. Na década de 30, foi desenvolvido um medidor mecânico de penetração de cone, que posteriormente sofreu modificações importantes introduzidas por BEGEMANN (1953), um dos pioneiros no estudo do ensaio de penetração estática.
No Brasil, este tipo de ensaio, foi regido pela NBR 12069:1991 até 2015, data em que a norma foi cancelada por não mais se adequar aos equipamentos mais modernos, cujas novas características, sobretudo a incorporação de recursos computacionais, são atendidas em sua completude por normas estrangeiras, em especial a norma americana ASTM D-344: Standard test method for deep quasi-static, cone and friction-cone penetration tests of soils.
Para realização do ensaio é necessário equipamento especial que consiste basicamente em um conjunto de hastes tendo na extremidade inferior um cone com ângulo de vértice de 60 º e uma base de 10 cm2 (Figura 1).
Figura 1: Cone utilizado no ensaios CPT. Fonte: www.damascopenna.com.br
A resistência de ponta é medida através de uma célula de carga. Um conjunto de hastes metálicas transmite a força de cravação da máquina ao cone. Interiormente as hastes, passa o cabo de alimentação do cone. A resistência de ponta é obtida continuamente e os valores correspondentes podem ser registrados em gráficos, simultaneamente à realização do ensaio. É medido também a resistência de atrito lateral, através de uma célula de carga fixada à luva de atrito, situada logo acima da base. O ensaio CPT vem sendo utilizado de forma crescente em inúmeros projetos geotécnicos. No início dos anos 1980 os elementos de poro-pressão foram incorporados aos cones elétricos, resultando no equipamento designado como piezocone (ensaio CPTu).
O cone é cravado no solo a uma velocidade constante, por um sistema hidráulico instalado em perfuratriz ou em veículos preparados para esta finalidade. O equipamento de cravação é uma estrutura de reação na qual é montado o sistema de aplicação de cargas, realizado por macacos hidráulicos. A penetração das hastes de 1m de comprimento é feita continuamente e seguida da retração do pistão hidráulico para colocação de nova haste . O conjunto pode ser montado sobre um reboque ou caminhão previamente preparado para esta finalidade (Figura 2). A reação aos esforços de cravação é obtida pelo peso próprio do equipamento e pela ancoragem manual.
Figura 2: Desenho esquemático da execução do ensaio CPT. Fonte: Construção Mercado.
Durante a penetração, as forças medidas pela ponta e pelo atrito lateral variam em função das propriedades dos materiais atravessados. Os registros de qc e fs são monitorados continuamente e digitalizados em intervalos típicos de 10, 25 e 50mm. Com base nas medidas de resistência de ponta (qc) e atrito lateral (fs), calcula-se a razão de atrito Rf = fs/qc. O conhecimento da resistência à penetração de ponta do cone qc e da relação de atrito Rf permite a determinação do tipo de solo, através de análises dos ábacos de ROBERTSON (1983 e 1986). A Figura 3 apresenta o ábaco, que permite a identificação de 12 diferentes tipos de solo.
Figura 3: Classificação do solo proposta por ROBERTSON. Fonte: Neto, Luiz Biondi et al.
Dentre as vantagens proporcionadas pelo ensaio, podemos destacar:
- As características do solo são obtidas por correlações.
- Ensaio que minimiza as perturbações no solo (variação do estado de tensões, choques e vibrações).
- Representa melhor o comportamento de estacas de fundação.
- Independe do operador.
Em relação as desvantagens, podemos destacar:
- Não coleta amostras para inspeção visual.
- Necessita de equipamentos especiais.
- Dificuldade para transportar o equipamento em regiões de difícil acesso.
- Não consegue penetrar em camadas muito densas e com a presença de pedregulhos e matacões.
- Maior custo quando comparado a ensaios típicos, tais como o SPT.
Eng. Dário Furtado
Engenheiro Civil UFJF
Analista de Sistemas CES/JF
M.Sc. Engenharia COPPE/UFRJ
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. SOLO – Ensaio de penetração de cone in situ – CPT. Método de ensaio. Rio de Janeiro: NBR 12069/91, 1991, 10 p.
BEGEMANN, H. K. S. The use of the static penetrometer in Holland In New Zealand Engineering, Vol. 18, No. 2, 1963,p. 41.
Neto, Luiz Biondi et al. NEURO-CPT: CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS USANDO-SE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS, ENGEVISTA, v. 8, n. 1, p. 37-48, junho 2006
TERZAGHI, K., 1930, Die Tragfahigkeit von Pfahlgrundungen In Die Bautechnik.
VELLOSO, D. A., O Ensaio de Diepsondering e a Determinação da Capacidade de Carga do Solo In Rodovia, No. 29, Rio de Janeiro, 1959, pp. 3-7
ROBERTSON, P. K. AND CAMPANELLA, R. G. Guidelines for use, interpretation, and application of the CPT and CPTU In Manual, Hogentog