Efeitos de velocidade de cravação em penetrômetros: estudo experimental em laboratório

Abstract

A interpretação de ensaios de penetração em investigação geotécnica depende das condições de drenagem mobilizadas durante a cravação, uma vez que a resposta drenada, não drenada ou parcialmente drenada influencia diretamente os parâmetros inferidos a partir do ensaio. Em materiais de permeabilidade intermediária, essa definição torna-se particularmente relevante, pois a velocidade de penetração pode alterar de forma significativa a resistência mobilizada e a geração de poropressão. Esta pesquisa investiga experimentalmente a influência da velocidade de penetração na resposta de diferentes penetrômetros em material de permeabilidade intermediária. Para isso, foi empregado um sistema experimental de laboratório, composto por minipenetrômetros (minipiezocone, minipiezoball e minipiezo-T), associados a um sistema de cravação com controle de velocidade, possibilitando a realização de ensaios em câmara de paredes rígidas. O programa experimental foi conduzido com um material inerte de distribuição granulométrica representativa de uma areia siltosa, em corpos de prova preparados sob diferentes condições de moldagem e tempos de consolidação. O estudo teve por objetivo avaliar o efeito da velocidade de cravação sobre a resistência mobilizada, a resposta de poropressão e os parâmetros obtidos em ensaios de dissipação, bem como comparar o comportamento das três ponteiras em um mesmo material. Com base nos resultados experimentais, foram definidas curvas características de drenagem para o material sob diferentes condições de moldagem, tempos de consolidação e geometrias de ponteira, assim como uma curva geral representativa do material, comparada às tendências reportadas na literatura. Os resultados mostraram que a velocidade de cravação exerceu influência significativa sobre a resistência mobilizada, confirmando a sensibilidade do material estudado aos efeitos de drenagem parcial. A comparação entre as ponteiras indicou diferenças tanto na magnitude da resistência quanto na forma das curvas de drenagem, especialmente em relação à extensão da faixa de transição entre regimes. Os ensaios de dissipação com piezocone também permitiram estimar parâmetros associados ao coeficiente de consolidação horizontal e discutir sua compatibilidade com resultados de adensamento. Conclui-se que foi possível caracterizar, em ambiente controlado de laboratório, a influência da velocidade de penetração sobre a resposta dos penetrômetros e estabelecer uma base experimental para análise comparativa entre diferentes geometrias de ponteira. Como contribuição, o trabalho amplia a compreensão dos efeitos de drenagem parcial em ensaios penetrométricos e fornece subsídios para a interpretação de resultados em materiais de permeabilidade intermediária.

Abstract: The interpretation of penetration tests in geotechnical site investigation depends on the drainage conditions mobilized during penetration, since drained, undrained, or partially drained responses directly affect the parameters inferred from the test. In intermediate-permeability materials, this issue becomes particularly relevant because penetration rate may significantly influence both mobilized resistance and pore pressure generation. This study experimentally investigates the influence of penetration rate on the response of different penetrometers in an intermediate-permeability material. The experimental program was carried out using a laboratory setup composed of miniature penetrometers (mini-piezocone, mini-piezoball, and mini-piezo-T) associated with a rate-controlled penetration system, allowing tests to be performed in a rigid-wall calibration chamber. The tests were conducted on an inert material with a grain size distribution representative of a silty sand, using specimens prepared under different preparation conditions and consolidation times. The study aimed to evaluate the effect of penetration rate on mobilized resistance, pore pressure response, and parameters derived from dissipation tests, as well as to compare the behavior of the three penetrometer geometries in the same material. Based on the experimental results, drainage characteristic curves were established for the material under different specimen preparation conditions, consolidation times, and penetrometer geometries, together with a general representative curve that was compared with trends reported in the literature. The results showed that penetration rate had a significant influence on mobilized resistance, confirming the sensitivity of the studied material to partial drainage effects. The comparison among penetrometers indicated differences not only in resistance magnitude but also in the shape of the drainage curves, especially regarding the extent of the transition range between drainage regimes. Dissipation tests performed with the piezocone also allowed the estimation of parameters associated with the horizontal coefficient of consolidation and the discussion of their consistency with oedometer-derived values. It is concluded that, under controlled laboratory conditions, the influence of penetration rate on penetrometer response could be characterized and an experimental basis could be established for the comparative analysis of different penetrometer geometries. The study contributes to a better understanding of partial drainage effects in penetration testing and provides support for the interpretation of results in intermediate-permeability materials.