O que o CPTu mede
O CPTu (piezocone) é o ensaio de campo que crava um cone instrumentado no solo a velocidade constante, registrando de forma contínua a resistência de ponta, o atrito lateral e a poropressão gerada durante a penetração. A combinação desses três canais permite definir o perfil estratigráfico quase em tempo real e estimar parâmetros de resistência e deformabilidade por correlação, sem a necessidade de retirada e ensaio de amostras.
Cravação a velocidade constante
O CPTu evoluiu do CPT (Cone Penetration Test), desenvolvido na Holanda na década de 1940, com a incorporação de sensores eletrônicos e de um transdutor de poropressão. No Brasil o ensaio é praticado desde os anos 1950 e teve grande difusão na construção civil e na mineração nas últimas décadas.
A execução consiste na cravação de um cone instrumentado no solo a velocidade constante de 2 cm/s, feita por perfuratrizes hidráulicas auto-ancoradas que fornecem a reação necessária. Durante toda a penetração, o sistema registra leituras a cada centímetro, produzindo um perfil praticamente contínuo do subsolo.
Três canais e a ponteira
São três os canais medidos diretamente: qc, a resistência de ponta; fs, a resistência ao atrito lateral na luva; e u2, a poropressão captada por um sensor posicionado imediatamente atrás da parte cônica. As posições u1 (na ponta) e u3 (atrás da luva) existem, porém são pouco usuais.
A ponteira é usualmente dimensionada com 10 cm² ou 15 cm² de área de ponta, medidas regulamentadas por norma. Os sensores admitem diferentes faixas de sensibilidade: configurações para pressões menores oferecem maior precisão em leituras baixas, mas podem sair de faixa em solos resistentes, enquanto configurações para pressões maiores preservam a leitura em solos resistentes ao custo de precisão em solos moles.
| qc | Resistência de ponta do cone |
|---|---|
| fs | Resistência ao atrito lateral na luva |
| u2 | Poropressão medida atrás da parte cônica |
| Ponteira | Cone de 10 cm² ou 15 cm² de área de ponta |
O ensaio de dissipação
O comportamento da poropressão depende da permeabilidade da camada. Em solos arenosos e permeáveis, a água é expulsa quase instantaneamente e a cravação gera pouca ou nenhuma sobre-pressão. Em solos argilosos, de baixa permeabilidade, a penetração pode gerar sobre-pressões elevadas cuja dissipação completa leva horas.
Aproveitando esse fenômeno, o ensaio de dissipação estaciona a ponteira em uma profundidade específica e acompanha a queda do excesso de poropressão ao longo do tempo. Para estimar a permeabilidade, aguarda-se a dissipação de 50% da sobre-pressão e calcula-se o coeficiente de adensamento horizontal (Ch). O procedimento também apoia a avaliação do nível hidrostático.
O sensor u2 é um transdutor de poropressão protegido por elemento poroso, de material plástico, metálico ou cerâmico. Antes do ensaio, esse elemento é saturado a vácuo por ao menos 24 horas em líquido viscoso, como glicerina ou silicone, para eliminar bolhas de ar que comprometeriam a leitura. Em configurações menos usuais, o sensor pode ocupar as posições u1 (na ponta do cone) ou u3 (atrás da luva de atrito).
Para estimar o nível hidrostático, realizam-se ensaios de dissipação em camadas mais permeáveis e arenosas, em que a dissipação completa é rápida. Cada ensaio fornece um ponto de pressão; com alguns pontos, traça-se a reta da pressão hidrostática do terreno.
Gráficos e parâmetros interpretados
Os resultados são apresentados em gráficos que reúnem os valores brutos dos sensores (qc, fs e u2) em função da profundidade, acompanhados dos parâmetros geotécnicos interpretados por correlações consagradas. Esse conjunto permite classificar o comportamento das camadas e fornecer subsídios diretos para projetos de fundações, contenções e obras de terra.
Breve histórico
O ensaio CPTu deriva do ensaio de penetração de cone (CPT, Cone Penetration Test), desenvolvido na Holanda na década de 1940. Com a evolução do método, sensores eletrônicos foram incorporados à ponteira, incluindo o transdutor de poropressão (u), consolidando o ensaio CPTu.
No Brasil, os ensaios CPT são realizados desde a década de 1950, e o CPTu tornou-se amplamente utilizado nas últimas décadas nas indústrias da construção civil e da mineração. A interpretação do comportamento granulométrico segue correlações consagradas, como as de Robertson & Campanella (1986).
Calibração e sensibilidade dos sensores
Os sensores da ponteira são configurados de fábrica para faixas de pressão específicas. Um cone calibrado para pressões menores é mais preciso em leituras baixas, mas descalibra se ultrapassar a faixa para a qual foi dimensionado; um cone para pressões maiores não descalibra em solos resistentes, mas perde precisão em solos muito moles, como rejeitos.
A faixa de trabalho de cada sensor consta no certificado de calibração da ponteira, documento cuja análise é fundamental em qualquer campanha de ensaios CPTu.
Normas e referências
Os ensaios seguem a ISO-22.476-1 (Electrical cone and piezocone penetration tests) e a ASTM D5778 (Standard Test Method for Electronic Friction Cone and Piezocone Penetration Testing of Soils).
Para aprofundamento, recomendam-se o livro Ensaios de Campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações, o CPT Guide do Prof. Peter Robertson, disponível gratuitamente no site do autor, o livro Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice e a série de webinars do Prof. Robertson sobre os conceitos do ensaio.
Resumo técnico
| Norma de referência | ISO-22.476-1 |
|---|---|
| Método | Cravação de cone instrumentado a 2 cm/s, leituras a cada centímetro |
| Parâmetros medidos | qc (ponta), fs (atrito lateral) e u2 (poropressão) |
| Ponteira | Cone de 10 cm² ou 15 cm², sensor u2 atrás da parte cônica |
| Ensaio complementar | Dissipação de poropressão para o coeficiente Ch |
| Aplicação | Perfil estratigráfico e parâmetros em solos moles a resistentes |
O ensaio em campo
Perguntas frequentes sobre CPTu
Quais parâmetros o CPTu mede diretamente?
Três canais medidos diretamente: qc, a resistência de ponta; fs, a resistência ao atrito lateral na luva; e u2, a poropressão captada por um sensor posicionado imediatamente atrás da parte cônica. As posições u1 (na ponta) e u3 (atrás da luva) existem, porém são pouco usuais.
A que velocidade o cone é cravado?
O cone instrumentado é cravado a velocidade constante de 2 cm/s, por perfuratrizes hidráulicas auto-ancoradas que fornecem a reação necessária. Durante toda a penetração, o sistema registra leituras a cada centímetro, produzindo um perfil praticamente contínuo do subsolo.
Qual a área da ponteira usada no ensaio?
A ponteira é usualmente dimensionada com 10 cm² ou 15 cm² de área de ponta, medidas regulamentadas por norma. Os sensores admitem diferentes faixas de sensibilidade, mais precisão em leituras baixas ou maior alcance em solos resistentes.
Para que serve o ensaio de dissipação?
O ensaio de dissipação estaciona a ponteira em uma profundidade específica e acompanha a queda do excesso de poropressão ao longo do tempo. Aguarda-se a dissipação de 50% da sobre-pressão para calcular o coeficiente de adensamento horizontal (Ch) e apoiar a avaliação do nível hidrostático.
Informe 10: correção qt no CPTu
O informe técnico sobre a correção da resistência de ponta pela poropressão (qt) e por que ela é indispensável em solos finos e saturados.
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