Caracterização mecânica de solos residuais com base no ensaio CPTu: o caso dos granitos do Porto e do Minho

Abstract

A caracterização mecânica de solos residuais através de ensaios in-situ, não pode ser modelada pelas teorias da Mecânica dos Solos Clássica, o que cria diversas dificuldades na obtenção de parâmetros geotécnicos para projecto. A presença de uma estrutura de cimentação, herdada da rocha-mãe, gera uma componente resistente adicional, que se materializa pela existência de um intercepto coesivo no critério de rotura de Mohr-Coulomb. Mais ainda, quando a sucção está presente a interpretação torna-se ainda mais complexa, porque a componente coesiva tem dois contributos: a estrutura de cimentação e o efeito da sucção. Em solos granulares, como é caso dos solos residuais graníticos, 3 componentes de resistência têm de ser considerados, nomeadamente a resistência intrínseca relativa ao material desestruturado, a resistência advinda da estrutura de cimentação e a resistência resultante da sucção, o que só é possivel em ensaios multi-paramétricos. Em consequência, de entre os ensaios in-situ mais utilizados em Portugal, apenas os ensaios DMT, CPTu e PMT têm condições de ser utilizados neste contexto. Nas últimas duas décadas, um esforço considerável tem vindo a ser feito em Portugal para encontrar metodologias adequadas à caracterização de solos residuais graníticos. De entre os estudos publicados (Cruz, 2010), merece referência o estabelecimento de uma metodologia para aplicação a resultados de ensaios DMT, que serviu de base à realização deste trabalho. Utilizando pares de ensaios DMT+CPTu realizados em par (1 a 2m de distância entre eles), foi possível calibrar correlações com os parâmetros fundamentais do ensaio CPTu, para obtenção de uma coesão global que incorpora as resistências resultantes da estrutura de cimentação e da sucção, bem como do ângulo de resistência ao corte, tendo como referência os resultados desses parâmetros, obtidos através dos ensaios DMT.

Residual soils resulting from weathering processes cannot be well modelled by the classical theories of Soils Mechanics, creating several difficulties on the interpretation of in-situ test results and in the consequent geotechnical design. In fact, the presence of a cementation structure generates an extra strength component materialized by the presence of a cohesive intercept in the MohrCoulomb failure envelope. Moreover, when suction is present the interpretation of in-situ data becomes even more complicated, since it increases this cohesive intercept mixing both (cementation structure and suction) in one final result. In granular soils, as it is the case of granitic residual soils, three components of strength have to be considered, namely the shear resistance angle, cohesion and suction, which only can be solved if more than one field or laboratory measurement is obtained. As a consequence, CPTu, DMT and PMT tests may be considered appropriate to characterize this type of soils, while dynamic tests such us SPT or DPSH cannot be effective in this determination. On the other hand, cementation structure also affects deeply the stiffness behaviour, deviating from typical response of transported soils represented by Classical Soil Mechanics. In the last two decades a big effort was developed in Portugal to study and characterize this kind of residual massifs in granitic environments (quite common in the North and Centre of Portugal), namely through DMT and CPTu data, materialized by several research frameworks and the consequent publications. Among the developed studies, the calibration of correlations with DMT data open a way to try to establish similar approaches with other in-situ tests, such as the CPTu test, discussed in this work. Using pairs of DMT+CPTu tests (performed 1 to 2m away from each other), it was possible to calibrate correlations with CPTu test data to obtain a global cohesion that incorporates the strength contributions of cementation and suction as well as the effective shear resistance angles, based on the reference results obtained by DMT, using the residual soil methodology.