Sondagens

O Standart Penetration Test (SPT) é a mais popular técnica de investigação geotécnica, principalmente devido à simplicidade do equipamento e o baixo custo, além de possibilitar em uma só operação a retirada de amostras, a determinação do nível d’água e a medida de resistência à penetração, que pode ser correlacionado com métodos semi-empíricos de projeto.

O procedimento do ensaio consiste basicamente na cravação de um amostrador padrão, de diâmetro externo de 50 mm, usando um peso de 65 kg, caindo de uma altura de 75 cm. O valor N é o número de golpes necessário para fazer o amostrador penetrar 30 cm, após uma cravação inicial de 15 cm. No Brasil, o ensaio é normatizado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas através da NBR 6484 de 1980 (Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos – Método de ensaio). É comum em todo mundo o uso de procedimentos não padronizados e equipamentos diferentes do padrão internacional.

Apesar de ser continuamente criticado pela própria comunidade geotécnica, devido principalmente à diversidade de procedimentos utilizados na execução do ensaio e à pouca racionalidade de alguns métodos de uso e interpretação, o SPT ainda é o ensaio mais utilizado na prática de Engenharia de Fundações.

Ranzini (1988) propõe alterar a metodologia tradicional do SPT medindo o torque necessário para vencer o atrito lateral do amostrador ao final do ensaio. O procedimento consiste em após a cravação do amostrador padrão conforme prevê a Norma Brasileira NBR 6484, retirar-se a cabeça de bater e colocar o disco centralizador até este apoiar-se no tubo guia. Rosqueia-se na mesma luva, onde estava aclopada a cabeça de bater, o pino adaptador. Encaixa-se no pino uma chave soquete onde se acopla o torquímetro.

Aplica-se à haste uma torção, medindo, por meio de um torquímetro usado como braço de alavanca e mantido na horizontal, o momento de torção máximo necessário à rotação do amostrador, para obter, assim, uma medida da resistência lateral. Em alguns casos anota-se o valor residual, sendo a operação repetida a cada metro.

Segundo Alonso (1994) o ensaio SPT-T (Standart Penetration Test com medida de torque) não está sujeito aos erros cometidos no ensaio SPT, tais como: massa cadente, altura de queda, atritos múltiplos, peso e rigidez das hastes, entre outros, restando apenas os erros relativos ao estado da parede lateral do amostrador, à velocidade de aplicação do torque e os erros de leitura, sistemáticos e acidentais, comuns a todas as medidas de grandeza.

Décourt e Quaresma Filho (1991 e 1994) introduziram o SPT-T na rotina dos serviços de sondagem e estabeleceram as regras básicas para sua interpretação.

Uma das formas para interpretação do SPT-T tem por base o conceito de Neq, sendo este definido por Décourt (1991) como sendo o valor do torque dividido por 1,2. A idéia seria utilizarem-se, preferencialmente, os valores de torque, admitindo-se que

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os mesmos sejam menos suscetíveis de sofrerem influência da “estrutura” dos solos do que os valores N.

A introdução do conceito de Neq permitiria estender a aplicação de correlações e fórmulas empíricas deduzidas para solos da Bacia Sedimentar Terciária da cidade de São Paulo, para outros solos, quaisquer que fossem suas características e origens. As verificações existentes tais como Décourt (1993) e Décourt e Niyama (1994) citado por Quaresma et al(1998) têm dado bons resultados.

Décourt e Quaresma (1991) relacionaram T e N72 (índice de torque) para solos sedimentares e residuais, sendo seus valores 1,1 e 1,84 respectivamente. Alonso (1996a) correlacionou os ensaios SPT e SPT-T para 25 áreas da Bacia Sedimentar Terciária da cidade de São Paulo e arredores, onde verificou que a correlação média 10Tmáx/Três é praticamente igual á correlação média Tmáx/N e portanto pode-se escrever: Três (em N.m) @ 10N. Dessa forma, é possível utilizar o ensaio SPT quando não se dispõe do ensaio SPT-T, utilizando-se as correlações existentes.

No entanto, Camapum de Carvalho et al (1998) analisando resultados de ensaios SPT-T realizados no Campo Experimental de Geotecnia da Universidade de Brasília (UnB) e no trecho do metrô-DF verificaram que utilizando o procedimento da norma, a relação média Tmáx/N foi de 1,16 e 1,24 e para Três/N foi de 0,62 e 0,85 para os dois solos respectivamente. No caso do bico grosso, a relação média Tmáx/N foi de 1,30 para o solo residual da UnB e 1,29 para o solo transportado do metrô e para Três/N ela foi de 0,77 para o solo do metrô.

Analisando o conjunto de resultados, constata-se que a relação T/N não parece ser um parâmetro eficiente na associação com a origem dos solos tropicais, mesmo porque as propriedades e comportamento desses solos variam com a profundidade e de região para região em função do grau de intemperismo sofrido. Destaca-se ainda que a relação proposta por Alonso (1996a) Tres/N = 1, não corresponde aos valores obtidos para os solos residuais e transportados estudados.

Outra aplicabilidade do torque seria na identificação de solos colapsíveis. Segundo Décourt (1992) valores de índice de torque (TR) entre 1,0 e 1,2 indicam solos estáveis (IC £ 2%), enquanto valores de TR iguais ou superiores a 2,5 são indicativos de solos colapsíveis (IC ³ 2%) para as argilas porosas, como da cidade de São Paulo

Porém, Guimarães et al (2000) obtiveram através de ensaios de torque realizados em Anápolis – GO a relação média T/N de aproximadamente 0,8 (com alta variabilidade entre 0,5 e 1,7) em solos comprovadamente colapsíveis. Estes resultados mostram que outros fatores devem ser estudados, possivelmente estruturação do solo e padronização do ensaio SPT-T, para que propostas de generalização da relação de T/N com colapso sejam formuladas.

As correlações entre o SPT e o atrito lateral medido com o torque para o solo do Distrito Federal, são distintas, quando comparadas com as obtidas em outras regiões, mostrando mais uma vez que estas devem ser regionalizadas.

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Ferreira et al. (1998), verificaram que valores altos e baixos de SPT não indicam se o solo é ou não colapsível, e afirmaram que valores altos de SPT em solos colapsíveis estão associados à baixa umidade (w £ 5%) ou altas sucções, não sendo os valores do índice de resistência à penetração adequados para identificação de solos potencialmente colapsíveis.

Camapum de Carvalho et al. (2001) apresentam os resultados de SPT (N) em função da sucção matricial e da sucção matricial normalizada (pF/e) em relação ao índice de vazios (e).

Estes resultados mostram que não existe tendência definida de variação do parâmetro N com pF, no entanto, o mesmo apresenta tendência clara de aumento com o valor de pF/e. Essa constatação é importante, pois além de realçar a influência da sucção nos resultados de SPT, deixa claro que a análise de comportamento mecânico dos solos não saturados em função da sucção normalizada constitui uma ferramenta importante.

Considerando os resultados de sucção matricial obtidos a partir das curvas características obtidas de amostras indeformadas, observa-se a inexistência de tendência entre os resultados de SPT-T (torque) e os resultados de sucção matricial e de sucção matricial normalizada. Este comportamento já poderia ser esperado, pois enquanto o SPT é realizado sobre amostra intacta o SPT-T é realizado sobre a amostra já rompida, ou seja, a sucção aqui considerada já não representa o estado do solo. Por motivo semelhante não se observa qualquer tendência entre N e pF e entre N e pF/e quando a sucção matricial foi determinada a partir de amostras coletadas do amostrador SPT, ou seja, estas amostras não representam o estado do solo quando da realização do ensaio SPT.

Embora não exista nenhuma tendência de variação entre o torque e pF obtido de amostras deformadas oriundas do amostrador SPT, este parâmetro tende a diminuir com o aumento da relação pF/e. Apesar de se esperar que o torque aumente com a sucção, no entanto, o que poderia estar influenciando o comportamento não seria a sucção, mas sim o colapso estrutural do solo quando da realização do ensaio SPT. O colapso estrutural do solo ao mesmo tempo em que aumenta o número de contatos e, portanto o torque poderia proporcionar um aumento do grau de saturação e a redução da sucção matricial. O aumento do torque com a umidade tende a confirmar esta análise, pois quanto maior a umidade maior será a facilidade de desagregação e colapso da estrutura do solo (Camapum de Carvalho et al., 2001).

Sondagem SPT

A Sondagem a Percussão – SPT (Standard Penetration Test) tem por objetivo medir a resistência do solo, obtenção de amostras para a determinação do perfil estratigráfico do solo, observação do nível do lençol freático, além de possibilitar a execução de vários ensaios In Situ aproveitando-se a perfuração.

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No Brasil possui metodologia normatizada pela NBR-6484/01 – Solo - “Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos”.

Para a execução das sondagens à percussão utiliza-se o equipamento usualmente denominado de tripé com roldana. O mesmo consiste em um cavalete de quatro pernas, fabricadas com tubo Ø 2 ½”, com uma roldana de 8’’ acoplada em seu topo, de forma a, juntamente com a corda de sisal, levantar o martelo de 65 kg e auxiliar no manuseio da composição de hastes por força manual.

Nas sondagens a percussão é utilizado um amostrador-padrão do tipo Terzaghi-Peck, com diâmetro interno de 34,9 mm e diâmetro externo de 50,8 mm. Após o posicionamento do amostrador em cada uma das cotas de amostragem, são marcados sobre as hastes de perfuração três segmentos de 15 cm, contados a partir do topo do tubo de revestimento. Para efetuar a cravação do amostrador, um martelo de 65 kg é erguido a uma altura de 75 cm acima do topo da cabeça de bater, e em seguida deixado cair livremente. Então, são anotados os números de golpes necessários à cravação de cada 15 cm do amostrador.

Os resultados do ensaio SPT são expressos pela soma do número de golpes necessários à cravação dos primeiros e dos últimos 30 cm. O índice de resistência à penetração (N) consiste no somatório correspondente aos últimos 30 cm do amostrador. Nos casos em que não ocorre a penetração dos 45 cm, os resultados são apresentados sob a forma de frações ordinárias.

As amostras são coletas a cada metro de perfuração, acondicionadas em recipientes, no qual deve constar a identificação sobre o local da coleta, para serem encaminhadas ao laboratório e ser feita à descrição táctil-visual das mesmas, definindo assim a classificação quanto ao tipo de material encontrado na sondagem.

O nível do lençol freático é anotado no inicio da perfuração e também ao final da execução do mesmo deve-se esgotar o furo e proceder à medida do nível do lençol freático após o período de 24hs.

Processo de perfuração:

1º Utiliza o Trado cavadeira, depois trado espiral até encontrar o nível d’água ou material que dificulte tal procedimento.

Utiliza tubo de revestimento (150 a 300 mm). A partir do nível d’água, a penetração no solo é través da batida do Trépano de

lavagem – o material após esmigalhado pelo trépano, com a presença da água, forma uma lama facilitando sua retirada.

Mede a cada metro, o número de golpes de um peso de 60 a 65 Kg, que cai em queda livre de 75 cm de altura, para cravar 15 cm do amostrador, nas camadas atravessadas.

Procede-se desta forma, até que o amostrador penetre 45 cm de profundidade. Despreza os 15cm iniciais e pode-se determinar a compacidade e a consistência das camadas ensaiadas.

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Permite a determinação do nível d'água; Determina-se o índice de resistência à penetração, através do número de

golpes (N), a cada metro perfurado. Profundidade máxima = 50 a 60 m Os materiais se classificam na 1ª ou 2ª categoria

Principais Vantagens:

Baixo custo. Facilidade de execução em locais de difícil acesso. Coleta de amostras a diversas profundidades mostrando a estratigrafia do

terreno. Possibilita a determinação do NA. O solo imediatamente abaixo do furo conserva-se inalterado. Método mais difundido no Brasil.

Desvantagens:

A energia aplicada é alta. Necessita fornecimento de água. Não existe a sensibilidade de profundidade para solos saturados e moles. Complicado e demorado para instalar e desmobilizar. Identificação precisa do solo é dificultada pela quebra das partículas pelo

trepano e a mistura dos materiais pela lavagem.

Sondagem à percussão com torque – SPT-T

A medida do torque, quando solicitada, é efetuada ao término de cada ensaio de penetração (SPT). Cravado os 45 cm do amostrador padrão, conforme NBR 6484, retira-se a cabeça de bater e acopla-se o adaptador de torque, então verifica-se a medida de torque máximo e torque residual, através de um torquímetro, devidamente calibrado, medidos em Kgf.m.

Equipamentos Utilizados:

Constituído pelo equipamento completo de sondagem à percussão de simples reconhecimento, acrescido de:

Torquímetro: ferramenta mecanizada de controle manual para medição de torque. A capacidade mínima do torquímetro deve ser de 50 Kgf x m. Entretanto, recomenda-se o torquímetro com capacidade de 80 Kgf x m, preferencialmente com ponteiro de arraste.

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Chave soquete: ferramenta de encaixe sextavado utilizado para atarraxar e desatarraxar pinos ou porcas.

Disco centralizador: disco de aço carbono especial, com diâmetro externo de 3”, e furo central de 1 1/4”, cujo objetivo é manter a composição das hastes de 1” da sondagem à percussão centralizada em relação ao tubo de revestimento de 2 1/2”. A face inferior do disco tem um sulco de 4mm de largura por 4mm de profundidade, com diâmetro de 2 1/2” para encaixe do tubo guia ou revestimento, de 2 1/2”.

Pino adaptador: constituído de aço, na forma de um tarugo sextavado com diâmetro de 1 1/4” e rosca BSP de 1” numa das suas extremidades.

Figuras

Figura 1 – Exemplo de Corte Mostrando possíveis irregularidades não visíveis à superfície.

Figura 2 – Imagem Aérea para Marcação de Sondagens e ao lado uma amostra recolhida de uma sondagem.

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Figura 3 – Imagem de um Torquimetro, utilizado para sondagens.

Figura 4 – Sondagem à Percussão

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Considerações Finais

Qualquer que seja o porte de obra, as sondagens à percussão com SPT e SPT-T, são responsáveis pela escolha do tipo de fundação que será projetado, o que significa influência direta nos padrões de Segurança, Qualidade e Economia.

A grande vantagem de localizar num mapa geotécnico, uma base de dados de sondagens, é a possibilidade de comparação do tipo de solo em que se enquadra pelo mapa e suas características indicadas pela sondagem. O terreno fica mais representado em superfície mas, também em profundidade.

A modelagem tridimensional da área em estudo permite uma melhor visualização do relevo, podendo assim analisar a ocorrência dos diversos tipos de solo conforme a morfologia do terreno.

Portanto esta base de dados pode estimar o tipo de fundação a ser usado, entretanto, como o solo varia de um ponto para outro, é sempre necessário à execução de sondagens em projetos de fundações.

Se os Municípios processassem desta forma o seu volume de informação melhoravam significativamente a qualidade das construções nas suas áreas de influencia. Embora o custo inicial de adaptação deste modelo seja desencorajador, as vantagens subjacentes a ele, são bastante compensatórias e obvias. Para alem de que depois as entidades competentes poderiam recolher de cada uma destas as informações que depois de processada permite construir mapas geotécnicos de âmbito regional e nacional.

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