universidade sÃo francisco -...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO – USF
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
RAFAEL AUGUSTI
ORIENTADOR: PROF. Msc. Douglas Constâncio
Sondagem a percussão com medidas de SPT e torque, sua metodologia de
campo e aplicações em obras de engenharia.
Itatiba SP, Brasil
Dezembro de 2004
RAFAEL AUGUSTI
Sondagem a percussão com medidas de
SPT e torque, sua metodologia de campo e
aplicações em obras de engenharia.
Monografia apresentada junto à Universidade São
Francisco – USF como parte dos requisitos para a
aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão de
Curso.
Orientador: Prof. Msc. Douglas Constâncio
Itatiba SP, Brasil
Dezembro de 2004
ii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... i
LISTA DE TABELAS .................................................................................................... ii
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS................................................................ iii
RESUMO......................................................................................................................... iv
PALAVRAS-CHAVE...................................................................................................... iv
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................. 1
2 OBJETIVO ................................................................................................................... 3
3 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ..................................................................................... 4
3.1 Histórico da sondagem a percussão .......................................................................... 4
3.2 SPT no Brasil ............................................................................................................ 9
4 DEFINIÇÃO ................................................................................................................ 13
5 EQUIPAMENTO ......................................................................................................... 14
6 METODOLOGIA ........................................................................................................ 17
6.1 Processo de Perfuração ............................................................................................. 17
6.2 Amostragem e ensaio de penetração ......................................................................... 18
6.3 Ensaio de avanço por lavagem .................................................................................. 20
6.4 Observação do nível d`água....................................................................................... 21
7. PROCEDIMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO........................................................... 22
7.1 Identificação e classificação do solo.......................................................................... 22
7.2 Fatores que influenciam no índice de resistência à penetração ................................. 23
7.2.1 Técnica operacional................................................................................................. 23
7.2.2 Equipamento............................................................................................................ 26
7.2.3 Tipo de solo em amostragem................................................................................... 28
7.2.4 Comercial econômico.............................................................................................. 29
8 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS.................................................................... 30
8.1 Relatório de campo .................................................................................................... 30
8.2 Relatório apresentado ao cliente................................................................................. 31
9 SPT COM MEDIDA DE TORQUE ( SPT-T ) ............................................................ 35
9.1 Introdução .................................................................................................................. 35
9.2. Histórico do ensaio SPT-T ....................................................................................... 35
9.3. Revisão Bibliografica ....................................................................................... 40
iii
9.4 Vantagens e limitações .............................................................................................. 42
10 CONCLUSÃO ............................................................................................................ 43
11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 44
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 - Tipos de amostradores apresentados por Hvorslev (1949) apud
Belicanta (1998) ..............................................................................................................
6
Figura 3.2 – Martelo do tipo “pin guided hammer”, sem coxim de madeira. Hvorslev
(1949) apud Belicanta (1998)...........................................................................................
8
Figura 3.3 – Martelo do tipo “pin guided hammer”, com coxim de madeira e
amostrador tipo “ Raymond”. Hvorslev (1949) apud Belicanta (1998)...........................
8
Figura 3.4 – Amostrador do Tipo “Raymond”. NBR 6484/80 ........................................ 10
Figura 5.1 - Equipamento de sondagem a percussão. Lima (1980) ................................ 16
Figura 6.1 – Amostrador com solo.Lima (1980).............................................................. 20
Figura 8.1 – Perfil individual de sondagem à percussão. Helix (2004) .......................... 33
Figura 8.2 – Convenção Gráfica . Nogueira (1988)......................................................... 34
Figura 9.1 - Esquema do ensaio SPT-T Lutenegger e Kelley (1998) apud
Peixoto (2001)..................................................................................................................
39
Fiquna 9.2 - Esquema de carregamento (compressão e tração) com atrito lateral e
ponta agindo no amostrador Lutenegger e Kelley (1998) apud Peixoto (2001).............
39
Figura 9.3 - Atrito lateral obtido através do SPT-T, do ensaio de tração e do ensaio de
compressão no amostrador Lutenegger e Kelley (1998) apud Peixoto (2001)................
39
Figura 9.4 - Torquímetro ( Alonso, 1994 )...................................................................... 41
iv
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Algumas Correlações Propostas entre a Resistência à Penetração e
Propriedades de Solo. Hvorslev (1949) apud Belicanta (1998)......................................
7
Tabela 3.2 – Compacidade relativa de areias e siltes e consistência de argilas, em
função de IRP e N. Terzaghi & Peck (1948) ................................................................
11
Tabela 7.1 – Classificação dos solos. Mello ( 1974 ) apud Belicanta(1998).................. 22
v
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
h penetração do amostrador.
l comprimento da composição das hastes.
N número de golpes do martelo de 65 kg, caindo de 75 cm, necessário para cravação do
amostrador de 15 cm a 45 cm.
T torque máximo.
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABMS Associação brasileira de Mecânica dos Solos
ASTM Associação Americana para ensaios e materiais
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A.
IRP Índice de resistência à penetração do amostrador Mohr-Geotécnica
NBR Norma Brasileira
SPT Standard Penetration Test
SPT-T SPT com medida de torque
FAAP Fundação Armando Álvares Penteado
vi
RESUMO
Será apresentado neste trabalho de pesquisa alguns pontos de origem, evolução e
normatização do ensaio de sondagens a percussão com medidas de SPT ( “Standard
Penetration Test” ) e com medida de torque (SPT-T) no Brasil, bem como apresentado o
método de ensaio proposto pela ABNT ( Associação Brasileira de Normas Técnicas ),
analisando suas variantes, em uso. E a importância das sondagens dentro da engenharia.
Palavras chaves: sondagem; SPT; torque
1
1 INTRODUÇÃO
Dentro da engenharia não há como desenvolver projetos de fundações e de geotecnia em geral
sem investigações de campo. A sondagem a percussão com medida de SPT com sua simplicidade
e robustez, tem-se mostrado suficientemente eficiente, tornando-se não só na América do Norte
onde foi desenvolvida, mas também no Brasil, um ensaio de uso corrente nas obtenções de
parâmetros necessários a tais projetos.
A norma existente no Brasil para execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos é
a NBR 6484/80 da Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Segundo Belicanta (1998) há no meio técnico, três tipos básicos de sondagem/ensaio SPT, a
seguir enumerados:
1. Uso de martelo cilíndrico com coxim de madeira, operado
manualmente com corda de sisal e com o auxílio de uma roldana fixa. Perfuração com trado
helicoidal até o nível d’água e abaixo com circulação de d’água. Método da NBR 6484 de
dezembro de 1980.
2. Idem ao anterior exceto quanto ao acionamento do martelo que
se faz com cabo de aço manual, auxiliado por uma roldana fixa.
3. Sondagem executada com avanço da perfuração feita pela
cravação sucessiva do próprio amostrador.
Os dois primeiros tipos se caracterizam pela existência de um pré furo, isto é, o amostrador desce
livremente em perfuração previamente executada até a cota de ensaio em cada metro, a partir da
qual o amostrador é cravado com o martelo os 45 cm de ensaio SPT.
No terceiro tipo, o avanço da perfuração é feita pela cravação do próprio amostrador através de
golpes de martelo, não se utiliza desta maneira qualquer tipo de trado ou circulação d’água. Toda
vez que é alcançada uma cota de ensaio o amostrador é retirado e limpo. O ensaio em si começa a
ser executado após a reinserção do amostrador até a cota anteriormente alcançada, quando então
se cravam os 45 cm, registrando se o número de golpes necessários à penetração de cada 15 cm.
Este terceiro tipo é de uso mais restrito a determinadas regiões, principalmente àquelas onde
existe espessa camada superficial de solo não saturado, poroso e de baixa resistência, enquanto os
2
dois primeiros, isto é, com corda de sisal ou com cabo de aço, são generalizados pelo Brasil
inteiro.
Esses três tipos acima apresentados, considerados básicos, podem ser alterados se considerados o
uso ou não de coxim de madeira ou de roldana móvel, o não uso de cabeça de bater ou uso de
cabeça de bater de diferentes tamanhos e, por fim, nos dois primeiros tipos o uso de avanço de
perfuração com circulação d’água ou com lama bentonítica desde a superfície, isto é, sem a
utilização do trado até o nível d’água.
Os martelos de queda livre (“tripe monkey”) podem ser separados basicamente em dois grupos
basicamente em conformidade ao sistema de acionamento do gatilho disparador que pode ser
manual ou automático. O sistema de levantamento e soltura automática destes martelos tem
constantemente se aprimorando desde quando surgiram os primeiros de concepção muito
simples.
No Brasil, apesar de forma experimental, há disponibilidade de um dispositivo disparador de
martelo ( gatilho ) de concepção muito simples, desenvolvido por Furnas Centrais Elétricas,
assim como há também martelos automáticos importados.
Apesar dos esforços existentes em termos de normatização do SPT (“Standard Penetration Test”),
bem como a opção pelo estabelecimento de um procedimento internacional de referência, este
tipo de sondagem/ensaio não se encontra padronizado, nem em termos de resultados. O mesmo
pode-se dizer quanto ao Brasil, onde os métodos variantes àquele normatizado existem,
dificultando a utilização dos parâmetros geotécnicos obtidos.
Com o passar do tempo se pensou na possibilidade de se extrair algo a mais do ensaio SPT
( “Standard Penetration Test” ), sem alterar a sua metodologia foi aplicada uma rotação no
conjunto haste-amostrador e medido o valor do torque ( SPT-T ). Sua metodologia, vantagens e
limitações será apresentada neste trabalho.
3
2 OBJETIVO
O objetivo dessa monografia é apresentar a sondagem a percussão com medidas de SPT
( “Standard Penetration Test”) e torque, desde a sua concepção e evolução nas ultimas décadas,
sua aplicação e importância nas obras geotécnicas do mercado brasileiro.
4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Histórico da Sondagem a Percussão
Será apontado neste trabalho um breve apanhado sobre a história do ensaio de campo
denominado SPT ( Standard Penetration Test ), pois não é possível entendê-lo sem que se faça
um breve relato de sua origem.
Segundo Belicanta, A. (1998) em 1902 o engenheiro norte americano Charles R. Gow, desejando
o processo de reconhecimento do subsolo para aplicação à engenharia de fundações, até então
executado pelo processo de circulação d`água ( lavagem ), introduziu o método de amostragem a
seco utilizando um amostrador constituído essencialmente por um tubo de 25.4 mm de diâmetro e
30 cm de comprimento, com ponta aberta e de bordos biselados. O amostrador era cravado no
solo por meio de um peso de massa igual a 110 lb (= 50kg). Posteriormente, em 1927, L. Hart e
F. A . Fletcher, da empresa The Gow Company então subsidiária da Raymond Concrete Pile
Company, desenvolveram um amostrador tubular de 2” e 1 3/8” de diâmetros externo e internos,
respectivamente, e constituído por três peças rosqueadas e justapostas longitudinalmente (cabeça,
corpo e sapata). O corpo do amostrador era composto por duas meias-canas, o que permita após a
sua abertura a visualização da coluna da amostra colhida e facilitando a sua coleta, antes por
extrusão do interior do tubo. É importante salientar, a bem da história, que a Sprague & Henwood
de Screnton, Pennsylvania, também desenvolveu um amostrador semelhante nesta mesma época.
“O amostrador de 63,5 kg surgiu com a adoção da média dos pesos utilizados na região de
Boston na década de 20, os quais eram possíveis de serem levantados manualmente com o auxilio
de corda e roldana fixa até a altura de queda de 762 mm, por dois auxiliares de sondagem.”
(MOHR,1966 apud BELICANTA, 1998).
Deve-se ainda ressaltar que, o martelo utilizado nos primórdios do SPT ( “Standard Penetration
Test”) era de concreto, prismático, continha coxim de madeira dura e pino-guia, isto é, o martelo
era do tipo “pin guided hammer”.
No início dos anos trinta, a operação de cravação do amostrador se consolida com ensaio, quando
do surgimento das primeiras especificações feitas por Fetcher e Mohr contemplando o martelo de
63,5 kg, altura de queda de 762 mm e resultado de ensaio como sendo o número de golpes
5
necessários a cravação do amostrador por 305 mm dentro do solo. Não há referência a qualquer
assentamento inicial do amostrador antes da contagem dos 305 mm de penetração, apesar de
Teixeira (1974) creditar a Mohr o emprego do procedimento de assentamento inicial de 152 mm
a partir de 1930, quando da utilização do amostrador de 51 mm.
Após muita discussão quanto à aparente fragilidade das hastes de diâmetro interno nominal de
25,4 mm e também pelas exigências da crescente mecanização neste tipo de ensaio, elas
começam a ser substituídas em 1945 por hastes de maior rigidez como as do tipo A de sondagens
rotativas. Em 1949, Cummings realiza estudos minuciosos quanto à perda de energia em
sondagens com revestimento de diâmetro nominal de 63,5 mm e hastes de 25,4 mm. Chega à
conclusão de que a perda de energia em movimentos transversais das hastes é mínima, em
sondagens até 30m de profundidade, em comparação com a o montante de energia fornecida pelo
martelo.
É evidente a variedade de tipos de amostradores utilizados na época, bem como a falta de
padronização decorrente disto, quando HVORSLEV, 1949 apud BELICANTA,1998 apresenta
esquematicamente três amostradores típicos ( Figura 3.1 ) e, correlações entre consistência ou
compacidade relativa de solos e resistência a penetração dinâmica, referentes ao amostrador de
25,4 mm de diâmetro interno, creditada a Mohr, ao amostrador de 51mm de diâmetro externo,
creditada a Terzaghi e Peck (1948), ao amostrador de 63,5 mm de diâmetro externo da “New
York City Code” e ao amostrador de 76,2 mm de diâmetro externo da “ Corps of Engineers of
New England Division” ( Tabela 3.1 ). A diferença na designação de estado do solo e no número
de golpes é muito grande, como se pode ver na referida tabela, embora se chame a atenção para o
caráter qualitativo destas correlações, as quais dependem das características do solo tais como
distribuição granulométrica, permeabilidade e grau e saturação. Todavia HVORSLEV, 1949 apud
BELICANTA,1998 concorda com Terzaghi e Peck (1948) quanto ao custo/benefício ou
compacidade relativa nem sempre sejam confiáveis, pois as correlações decorrentes são
inteiramente dependentes de muitos outros fatores associados a equipamentos, procedimento e
condições do solo, desconhecidos na época.
Em 1954 passou-se a empregar haste “A” (5.6kg/m) no lugar da haste de 1” (3 1/2”kg/m) de
diâmetro, até então utilizada.
6
A ampla divulgação do amostrador desenvolvido pelo Raymond foi obtida após a publicação do
livro “Soil Mechanics in Engineering Practice”de Terzaghi e Peck (1948), decorrendo deste fato
o hábito de denominar-se este amostrador do “tipo Terzaghi e Peck”.
Nas figuras 3.2 e 3.3 são apresentados os martelos do tipo “ pin guided hammer”, um com coxim
de madeira e outro sem, provenientes dos registros de HVORSLEV, 1949 apud
BELICANTA,1998.
Figura 3.1 – Tipos de amostradores apresentados por
HVORSLEV (1949) apud BELICANTA (1998)
7
8
Figura 3.2 – Martelo do tipo “pin guided hammer”, sem coxim de madeira.
HVORSLEV (1949) apud BELICANTA (1998)
Figura 3.3 – Martelo do tipo “pin guided hammer”, com coxim de madeira e amostrador
tipo “ Raymond”. HVORSLEV (1949) apud BELICANTA (1998)
9
3.2 SPT no Brasil
Segundo Belicanta, A. (1998) a amostragem a seco foi introduzida no Brasil em fins de 1939 pelo
engenheiro Odair Grillo, então chefe da Seção de Solos e Fundações do Instituto de Pesquisas
Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT). Na época (2ª Guerra Mundial) por questões de
disponibilidades do mercado de tubos, o amostrador que passou a ser empregado pelo IPT tinha
diâmetros externo e interno de 46.03 mm e 38.10 mm, respectivamente, e cuja sapata possuía
uma boca com diâmetro interno de 35.51 mm. Esse amostrador era cravado no terreno, num
trecho de 30 cm, com auxilio de um martelo de 70 kg em queda livre de 75 cm, sendo o índice
resultante chamado de “resistência à penetração”. Posteriormente passou-se a utilizar um peso de
bater de 60kg de massa.
Em fins de 1944, a Geotécnica S.A como primeira empresa particular a executar sondagens
introduziu o amostrador de diâmetros externo e interno de 41.27mm e 25.40mm,
respectivamente. A resistência à penetração era expressa pelo número de golpes de um peso de
65 kg, com altura de queda de 75 cm, necessário à penetração no solo de 30cm do barrilete,
denominando a resistência obtida pelo amostrador de índice de resistência à penetração, IRP. Este
amostrador, que também era usado nos Estados Unidos pela Raymond Concrete Pile Company.
Nas sondagens com tubo de revestimento de 2”de diâmetro, foi trazido inicialmente para o Brasil
pelo Engenheiro H.A. Mohr para ser utilizado na investigação do subsolo de local onde seriam
construídas instalações industriais de uma empresa norte-americana. Daí a origem de sua
designação usual de amostrador Mohr-Geotécnica. A Geotécnica S.A. optou pelo uso deste
amostrador por ser de paredes mais espessas ( 7.93 mm contra 3.96 mm ) do que o amostrador até
então usado pelo IPT e, portanto, por ser mais durável.
Em 1947, a Geotécnica lançou o amostrador tipo Raymond de 51 mm de diâmetro externo e 35
mm de diâmetro interno, que era utilizado em sondagem de 63,5 mm, isto é, com revestimento de
63,5 mm ( figura 3.4 ). O restante do equipamento era o mesmo utilizado nas sondagens Mohr-
Geotécnica, com exceção do revestimento que era de 63,5 mm e da determinação da resistência à
penetração que passou a ser o número de golpes do martelo de 65 kg, caindo de 75 cm de altura,
necessários a cravação do amostrador em 30 cm após 15 cm de assentamento inicial, isto é,
cravação dos trinta centímetros finais dos 45 cm centímetros de penetração.
10
Terzaghi & Peck (1948) apresentam correlações entre a compacidade ou consistência e o IRP do
amostrador Mohr-Geotécnica, colocando para comparação, junto às de Terzaghi & Peck que são
válidas para N, ( Tabela 3.2 ).
Figura 3.4 – Amostrador do Tipo “Raymond”. NBR 6484/80
11
Tabela 3.2 – Compacidade relativa de areias e siltes e consistência de argilas, em função de
IRP e N. Terzaghi &&&& Peck (1948)
Tipo de amostrador
Morh-Geotécnica
4 l mm – 25 mm (IRP)
Raymond
(Terzaghi&Peck-1948)
51 mm – 35 mm (N)
Fofa 0 – 2 0 – 4
Pouco compacta 3 – 5 5 – 10
Compacidade média 6 - 11 11 – 30
Compacta 12 – 14 31 – 50
Arcias
siltes
Muito compacta > 24 > 50
Muito mole < 1 < 2
Mole 2 – 3 2 – 4
Média 4 – 6 4 – 8
Rija 7 – 11 8 – 15
Muito rija - 15 – 30
argilas
dura > 11 > 30
Com o “State of the art: The Standard Penetration Test”, no 4º Congresso Panamericano de
Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações em Porto Rico, em 1971, Mello começa a
valorizar o SPT ( “Standard Penetration Test”), creditando a ele a posição de ensaio. DECOURT
apud BELICANTA (1998) considera este trabalho de Mello ( 1967 ) como os marcos
internacionais de uma nova era no SPT.
Foi assim nesta dúvida, de uniformização e padronização que, em 1970, a Geotécnica e o IPT
passaram a utilizar exclusivamente o amostrador do tipo Raymod de 51 mm de diâmetro externo.
Para o procedimento de ensaio tomou-se como base a norma da ASTM, d1586-67 apud
BELICANTA (1998), com as devidas adaptações às brasileiras. Portanto o amostrador passou a
ser cravado por quarenta e cinco centímetros através de golpes de martelo de 65 kg, com altura de
queda de 75 cm, utilizando-se hastes de 25,4 mm de diâmetro nominal interno e de 3,2 kg/m. A
resistência à penetração N passou a ser dada pelo número de golpes para se cravar os últimos 30
cm.
12
Em 1977, a proposta de norma da ABMS foi enviada à Associação Brasileira de Normas
Técnicas – ABNT, para discussão e aprovação, tornado-se oficialmente a primeira norma
brasileira, em 1979, com denominação de “ Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento
dos Solos”, MB 1211/79, com a mudança posterior na numeração para 6484/80.
Esta norma se compõe basicamente partes a saber:
- Aparelhagem (equipamentos e ferramentas);
- Processo de perfuração;
- Amostragem;
- Ensaio de penetração dinâmica;
- Ensaio de avanço da perfuração por lavagem;
- Observação do nível d’água;
- Apresentação dos resultados.
13
4 DEFINIÇÃO
Durante a cravação do amostrador será realizado o ensaio de penetração, que consta da contagem
do número de golpes do martelo necessários a cravação de cada 15 cm do amostrador. Para o
controle destes comprimentos, o mestre sondador, fará na haste que está acima do tubo de
revestimento as marcas necessárias ao controle.
Quando o amostrador penetrar mais do que 15 cm, com um só golpe, este será anotado na forma
1/20, na folha de campo, indicando que 20 cm foram penetrados com apenas um golpe.
O resultado do ensaio de penetração é expresso através do índice de resistência a penetração, que
é o número de golpes necessários a cravação dos 30 cm finais do amostrador, que será cravado
comum peso de massa 65 kg, solto de uma altura de 75 cm.
Este índice de resistência à penetração é geralmente denominado por “Standard Penetration
Test”, ou SPT, e indicado pela letra N.
14
5 EQUIPAMENTO
O equipamento padrão deverá ser composto dos seguintes elementos principais:
- tripé com roldanas;
- tubos de revestimento;
- hastes de lavagem e penetração;
- barriletes-amostradores (padrão);
- martelo padronizado para cravação do amostrador;
- bomba d`água motorizada;
- martelo de saca-tubos;
- cabeças de bater do tubo de revestimento e da haste de penetração;
- baldinho;
- trépano (ferramenta de perfuração) de lavagem;
- trado concha;
- trado helicoidal;
- medidor de nível d`água;
- metro de balcão ou similar;
- recipientes para amostras;
- ferramentas gerais necessárias a operação normal do equipamento;
- poderá conter guincho motorizado e sarrilho manual.
“Os tubos de revestimentos devem ser de aço, com diâmetro nominal de 67mm ou de diâmetro
nominal interno de 76 mm.”( ABNT,1979, p.2)
O trado concha deverá ter 100 mm de diâmetro, no mínimo.
O trado helicoidal deverá ter diâmetro mínimo de 58 mm e máximo de 62 mm.
O trépano, também denominado de peça de lavagem, será constituído por peça aço terminada em
bisel e dotado de duas saídas laterais para água. A lâmina do trépano, conforme os tubos de
15
revestimento descritos acima, necessita ter 62 mm ou 73 mm de largura e o comprimento mínimo
de 200 mm.
A composição de perfuração será constituída de haste “A” (tubo de aço de diâmetros interno de
25 mm, respectivamente, e massa teórica de 5.6 kg/m). As hastes deverão estar bem retilíneas,
dotadas de roscas em bom estado e com niples bem apertados quando em uso. A composição das
hastes será utilizada tanto acoplada ao trépano de lavagem quanto ao trado helicoidal e ao
amostrador.
O barrilete amostrador a ser utilizado, de diâmetro externo de 50.8 mm e interno de 34,9 mm. A
sapata, ou bico do amostrador, será de aço, devendo ser substituído sempre que se encontrar
danificado. A cabeça do amostrador deverá ter dois orifícios de 12.5 mm de diâmetro para saída
de água e ar, e conter interiormente válvula constituída por esfera de aço recoberta de material
inoxidável. O corpo do amostrador poderá ser bipartido ou não.
O martelo para cravação da composição (peso de bater) consistirá de uma massa de 65 kg.
Encaixado na parte inferior do martelo haverá um coxim de madeira dura. O martelo terá uma
haste maciça de 1,2 m de comprimento fixada à sua parte inferior para assegurar a centralização
de sua queda, e na qual haverá uma marca visível – distante de 75 cm, contados a partir do peso.
Sobre o topo da haste de perfuração será colocada a cabeça de bater, a qual receberá o impacto
direto do martelo. O martelo, quando vazado, possui um furo central de ∅ 44mm. Nesse caso, a
cabeça de bater é dotada, na sua parte superior, de uma haste-guia de ∅ 33,4mm e 1,2 m de
comprimento, e na qual há uma marca distando 75 cm do topo da cabeça de bater. As hastes-
guias do martelo precisam estar perfeitamente alinhadas e ortogonais à superfície que recebe o
impacto.
A forma que o equipamento é empregado em uma sondagem a percussão está indicado na figura
5.1.
16
5.1 Equipamento de sondagem a percussão. Lima (1980)
17
6 METODOLOGIA
6.1 Processo de perfuração
Segundo Belicanta, A. (1998) as sondagens serão iniciadas utilizando-se o trado concha até a
profundidade de 1m, seguindo-se a instalação de um primeiro segmento do tubo de revestimento
até essa profundidade.
O trado helicoidal será utilizado no avanço posterior do furo até se atingir o nível d`água. Em
casos especiais, quando o avanço de perfuração com emprego do trado helicoidal for inoperante,
passa-se para o método de perfuração por circulação de água ou lavagem.
Abaixo do nível d`água a perfuração será procedida por circulação de água ( ou por lavagem)
utilizando-se o trépano de lavagem e a bomba d`água. A operação consistirá na elevação do
trepano de cerca de 30 cm e sua queda será acompanhada de movimento de rotação imprimido
manualmente pelo operador. Toda vez que a composição for descida no furo da sondagem ela
deverá ser medida com precisão de centímetro.
Caso a parede do furo se mostre instável é obrigatória, para amostragens subseqüentes, a descida
do tubo de revestimento até onde se fizer necessário. Os tubos de revestimento que forem sendo
conectados devem ser medidos com precisão de um centímetro. Atenção especial deve ser dada
para não descer o tubo de revestimento a profundidades abaixo do fundo do furo aberto.
Segundo Lima, A. (1980) em sondagens profundas, onde a descida e a posterior remoção dos
tubos de revestimento for problemática, poderão ser empregadas lamas de estabilização em lugar
do tubo de revestimento.
Segundo a NBR 7250/82 durante a observação de perfuração devem ser anotadas pelo operador
as profundidades das transições das camadas detectadas por exame táctil-visual e da mudança de
coloração dos materiais trazidos pelo trado helicoidal ou do produto de lavagem, na boca do furo.
Durante todas operações da sondagem deve-se manter o nível d’água no interior do furo em nível
igual ou superior ao nível do lençol freático. Atenção especial deve ser dada quando da retirada
da composição das hastes do interior do furo.
18
Nos equipamentos mecanizados o guincho ou o cabrestante serão utilizados somente para as
operações, durante a retirada do tubo de revestimento acionando o peso saca-tubos e durante a
descida ou subida da composição das hastes.
6.2 Amostragem e ensaio de penetração
A cada metro de perfuração, a contar de 1 metro de profundidade, serão obtidas amostras de solos
por meio de barrilete amostrador ( figura 5.1 ). O amostrador deverá penetrar livremente no furo
previamente executado até a cota de amostragem pelo uso do trado helicoidal ou por circulação
de água, e até ser apoiado suavemente no fundo do furo. Deve-se assegurar que a extremidade
inferior do amostrador se encontre na cota desejada de amostragem. Para tanto a composição das
hastes deve ser medida com precisão de um centímetro cada vez que ela é descida no furo.
O martelo será apoiado suavemente sobre a composição das hastes, anotando-se a eventual
penetração observada.
O martelo será erguido manualmente com o auxílio da corda flexível e roldana até a marca de 75
cm existente na sua haste. Os eixos de simetria verticais do peso de bater e da composição de
hastes deverão ser rigorosamente coincidentes.
O ensaio de penetração consistirá na cravação no solo, do barrilete amostrador através de quedas
sucessivas do martelo. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, inicia-se a
cravação do barrilete através da queda livre do martelo. Cada queda livre do martelo
corresponderá a um golpe e serão aplicados tantos golpes quantos forem necessário à cravação de
cada 15 cm do amostrador. Para tanto, serão assinaladas com giz, o trecho de composição de
hastes que permanece acima do topo do tubo de revestimento, três segmentos de 15 cm cada um,
a contar da boca do tubo de revestimento. Caso ocorra penetração maior do que 15 cm, sob ação
de um só golpe, esta será anotada.
Precauções especiais deverão tomadas para se evitar perdas de energia de cravação por atritos,
sendo vedado o emprego de guincho ou de cabrestante para elevação do martelo.
O processo de perfuração por lavagem associado aos ensaios penetrométricos será utilizado até
onde se obtiver nesses ensaios o total de 60 golpes por ensaio, observadas as seguintes condições:
19
- a sondagem avançará até o máximo de 1 m em solo quando a penetração do amostrador for
inferior a 15 cm em cada ensaio;
- a sondagem avançará até o máximo de 2 m em solo quando a penetração do amostrador for
entre 15 e 30 cm em cada ensaio;
- a sondagem avançará até o máximo de 3 m em solo quando a penetração do amostrador for
entre 30 e 45 cm em cada ensaio;
As amostras obtidas serão acondicionadas em recipientes dotados de tampas herméticas, e de
dimensões tais que permitam receber pelo menos, um cilindro de solo de 8 cm de altura colhido
“intacto” do interior do amostrador.
Não havendo recuperação da amostra pela operação descrita , na operação imediata de avanço do
furo por lavagem deverá ser colhida separadamente uma porção de água de circulação na boca da
sondagem e, por sedimentação, colher a amostra resultante.
Ocorrendo camadas distintas na coluna de solo amostrado serão colhidas amostras representativas
e colocadas em recipientes distintos.
Os recipientes serão providos de duas etiquetas, sendo uma colada externamente a outra colada
no interior do recipiente. Nas etiquetas deverão constar, com tinta indelével, as seguintes
informações:
- designação da obra;
- local da obra;
- número da sondagem;
- número da amostra;
- profundidade;
Os recipientes de cada sondagem serão acondicionados em caixas especiais com etiquetas onde
deve constar a designação da obra e o número da sondagem. As caixas deverão estar
continuamente abrigadas não devendo ficar expostas a chuva e ao sol.
20
Figura 6.1 – Amostrador com solo. Lima (1980)
6.3 Ensaio de avanço por lavagem
Uma vez atingidas as condições de penetração e após a retirada do amostrador do interior do furo,
será executado a seguir um ensaio de avanço por lavagem.
O ensaio de avanço por lavagem consiste no emprego do processo descrito no artigo 3.3. O
ensaio terá duração de 30 minutos, anotando-se os avanços do trépano obtidos a cada período de
10 minutos.
Quando o ensaio de avanço por lavagem forem obtidos avanços inferiores a 5.0 cm por período,
em três períodos consecutivos de 10 minutos, a sondagem será considerada encerrada.
A execução do ensaio de avanço por lavagem só será executado quando houver solicitação prévia
e expressa do interessado.
Caso haja necessidade técnica de se continuar a investigação do subsolo em maiores
profundidades do que aquela fixada, a perfuração será prosseguida por método rotativo após
entendimento entre as partes interessadas.
21
6.4 Observação do nível d`água
Durante a perfuração com o auxilio do trado helicoidal, o operador deverá estar atento a qualquer
aumento aparente da saturação do solo, indicativo da presença próxima ao nível d`água, bem
como um indício forte, tal como, de estar molhado um determinado trecho inferior do trado
helicoidal, comprovado ter sido atravessado o nível d`água freático.
Nesta oportunidade interrompe-se a operação de perfuração, passando se a realizar observações
da subida do nível de água do fundo até sua estabilização relativa.Como o tempo de estabilização
é função da permeabilidade do solo, recomenda-se um mínimo de 30 minutos de observação.
Sempre que ocorrerem paralisações na execução das sondagens, antes de seu reinício, será
obrigatória a medida da posição do nível d`água.
Após decorrida uma hora do término da execução da sondagem será realizada nova leitura antes
da retirada do tubo de revestimento. Quando possível, será procedida nova leitura após a retirada
do tubo de revestimento.
Em cada leitura de nível d`água deverá ser anotada a posição do tubo de revestimento.
Deverá ser anotada também a profundidade do furo em que ocorre eventual perda de água.
Conforme NBR 6484/80 “após o término da sondagem, deve ser feito um esgotamento do furo
até o nível d’água com o auxilio de um baldinho”.
22
7 PROCEDIMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO
7.1 Identificação e classificação do solo
Segundo Belicanta (1974) as amostras retiradas deverão ser identificadas em campo pelo mestre
sondador, e uma parte delas que se encontra em melhor estado deverá ser guardada em um frasco
com condições de manter a umidade da mesma, e posteriormente enviada ao laboratório.
As amostras permanecerão guardadas no laboratório para confirmação do resultado de campo, e
para algum ensaio de classificação, se necessário.
A classificação do solo deverá seguir a seqüência indicada: fração predominante seguido da
secundária, e designação auxiliar (plástica, porosa, friável, marinha, orgânica, turfosa),
compacidade ou consistência, cor e origem (no caso de ser solo residual).
Na tabela 6.1, estão apresentados os valores que correlacionam o índice de resistência com a
compacidade ou consistências do solos.
Tabela 7.1 – Classificação dos solos. MELLO ( 1974 ) apud BELICANTA (1998)
SOLO ÍNDICE DE
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO
DESIGNAÇÃO
< 4 Fofo
4 – 10 Pouco compacto
10 – 30 Mediamente compacto
30 – 50 Compacto
AREIAS E
SILTES ARENOSOS
> 50 Muito compacto
< 2 Muito mole
2 -4 Mole
4 – 8 Médio
8 – 15 Rijo
15 – 30 Muito rijo
ARGILAS E
SILTES ARGILOSOS
> 30 duro
23
7.2 Fatores que influenciam no índice de resistência à penetração
Segundo Belicanta (1998) existem inúmeros fatores que podem influir sobre o índice de
resistência à penetração podem ser agrupados em quatro categorias:
- técnica operacional;
- equipamento;
- tipo de solo em amostragem;
- fator comercial econômico.
No grupo da técnica operacional relaciona: avanço, limpeza e estabilidade do furo de sondagem,
profundidade relativa do furo e do revestimento, intervalo de tempo entre a perfuração e
amostragem, espaçamento entre amostragens e, por fim, profundidade de penetração do
amostrador.
7.2.1 Técnica Operacional
Na técnica operacional tem-se a considerar os seguintes pontos principais :
a) Problema de mão de obra: baixa instrução do pessoal empregado na execução das
sondagens, sem dúvida, reflete-se na qualidade dos serviços; esta deficiência é suprida
pelos fiscais volantes que, por sua vez, deverá ser pessoal de boa qualificação e largo
treino para conhecer os problemas operacionais em todos os seus pormenores.
b) Altura de queda do martelo ( “peso de bater” ): quando manualmente com o passar do dia
essa altura de queda tende a diminuir, reduzindo, portanto, a energia de cravação e,
conseqüentemente, aumentar o valor de “N” medido, a solução correta seria automatizar o
aparelhamento para garantir uma constância da altura de queda. Todavia esta solução vem
normalmente afetar a queda livre do peso de bater.
c) Queda livre do martelo: é sem dúvida um dos fatores mais marcantes sobre o valor da
resistência à penetração, sendo que esses fatores sempre restringem a queda livre, por
motivos vários, aumentando significativamente o valor de “N”. Quando a elevação do
martelo é feita manualmente e por dois operadores, ambos devem soltar simultaneamente
a corda para que a queda do martelo seja totalmente livre.
24
d) Limpeza do furo de sondagem:os processos de perfuração, quando não adequadas, deixam
resíduos de perfuração suficientes para prejudicar o ensaio. Estes resíduos podem obstruir
os orifícios e a válvula existente na cabeça do amostrador, aumentando a pressão interna e
dificultando a cravação do mesmo, aumentando assim o número necessário de golpes
quando a perfuração está sendo realizada por circulação d`água ( lavagem ), e ao atingir-
se a cota de nova amostragem, a operação de limpeza do furo demanda algum tempo para
que a água fique isenta de resíduos da escavação. Este período de tempo deve ser
observado pelo operador, principalmente no caso da sondagem ter alcançado
profundidade incompatível com a capacidade de recalque ou com o estado da bomba
d`água em uso. A imperfeição dessa limpeza, deixando-se lama no fundo do furo, pode
acarretar a obstrução da válvula existente na cabeça do amostrador com conseqüente
aumento do índice de resistência à penetração ( pois impede-se a entrada do solo no
interior do amostrador ou a saída de água que ai se encontra ) .
e) Desmoronamento das paredes da perfuração quando esta não estiver revestida: ao descer-
se a composição haste-amostrador no interior do furo ela deve alcançar o fundo deste sem
encontrar obstáculos até a profundidade previamente perfurada. Caso haja obstáculo na
descida da composição em cotas mais elevadas é sinal de que houve desmoronamento das
paredes do furo e a tentativa de se forçar a composição até alcançar a cota desejada
provocará naturalmente o aumento do valor “N”, pois o amostrador poderá estar cheio de
solo e haverá a contribuição do atrito entre o solo e a parede externa do amostrador.
f) Alargamento do diâmetro do furo após a colheita da amostra anterior e a abertura do furo
até a cota de amostragem subseqüente por meio de trado ou por peça de lavagem
(trépano) com diâmetros maiores do que o diâmetro externo do amostrador: o amostrador
deve descer livremente até apoiar-se no fundo do furo. Quando o amostrador é descido
acumulando atrito lateral, o valor –N pode aumentar até 50%.
g) Erro nas tomadas de medidas dos comprimentos das hastes e do revestimento; descuido
na contagem do número de golpes e na medida dos comprimentos de penetração do
amostrador. Um erro na medida do comprimento do revestimento pode fazer com que ele
seja descido além da profundidade perfurada, ocasionando um aumento considerável do
índice de resistência a penetração quando da amostragem desse trecho. Outrossim, pelo
25
motivo de contar o número de golpes separadamente para penetração sucessiva de cada 15
cm de amostrador e, como um golpe
não pode ser subdividido, o operador pode distribuir o total número de golpes erroneamente para
cada penetração de 15 cm. ( Por exemplo: anotando 3/15-4/15-6/15 em vez de 2/15-5/15-6/15,
resultando um índice 10 ou 11, que no caso das argilas mudaria sua consistência de média para
rija ).
h) Diferença no índice de resistência à penetração quando considera-se o número de golpes
para cravação dos 30 cm iniciais do amostrador ou aquele necessário à cravação dos 30
cm finais do amostrador: em virtude perturbação do solo logo abaixo do fundo do furo (
causada, por exemplo, pela operação de perfuração por circulação d`água ), ou pelo alívio
de tensões ( tanto mais pronunciado quanto maior for o diâmetro da perfuração ) ou pela
migração d`água na região, esse solo oferecerá uma resistência à penetração do
amostrador bem menor do que o solo menos perturbado localizado logo abaixo.
Naturalmente, o número de golpes do peso necessário à penetração dos 15 cm iniciais do
amostrador será sensivelmente menor do que aquele para penetrar os restantes 30 cm.
Para um certo total do número de golpes para fazer penetrar os 45 cm do amostrador,
cerca de 23% são para cravar os 15 cm iniciais, 33% para cravar os 15 cm intermediários
e 44% para os 15 cm finais. Resulta pois, no segundo caso, um índice cerca de 1.4 vezes
superior ao primeiro critério.
i) Uso d’água na perfuração acima do lençol freático que pode falsear os resultados do
ensaio, não só pela desagregação excessiva mas também pela destruição da estrutura
natural do solo, principalmente nos casos de areias finas e de siltes. Além disto, a
umidade pode ter um efeito deletério na resistência do solo.
j) Martelo com excentricidade, quando é mal posicionada, conduz a um mal contato do
martelo com a cabeça de bater no instante do impacto, contribuindo com o aumento de
perdas de energia e, portanto, resultando no aumento do número de golpes.
k) Martelo sem coxim de madeira: no início dos ensaios os martelos eram providos de coxim
de madeira dura. Com o tempo, forma sendo retirados, sem que houvesse um estudo mais
apurado e satisfatório sobre o efeito destes coxins de madeira.
26
7.2.2 Equipamento
Com relação aos fatores que afetam o valor de “N” inerentes ao equipamento empregado nas
sondagens tem-se comentar o seguinte:
a) configuração do amostrador: é intuitivo que quanto maior as dimensões transversais do
amostrador, ou mais espessa a sua parede, maior será o índice de resistência à penetração,
mantidas constantes as demais variáveis operacionais e de aparelhamento. Considerando o
número de golpes para penetrar a totalidade do amostrador (45cm) a resistência à
penetração do amostrador Raymond é cerca de 1.3 a 1.7 vezes maior (dependendo do tipo
de solo amostrado) do que a correspondente obtida pelo amostrador tipo I.P.T.
b) amostrador sem condição de uso: a sapata do amostrador e mesmo os demais
componentes do amostrador, se danificados pelo uso ou mal uso e deteriorados pelo efeito
abrasivo das areias e pedregulhos ou mesmo por deformações plásticas, oriundas de
esforços concentrados, aumentam a resistência à cravação e, portanto, o número de
golpes.
c) Tipo e comprimento de hastes de perfuração: há uma enorme variedade de tipos de hastes
empregadas, passando de tubos de aço de 1” de diâmetro ( que por sua vez são
encontrados comercialmente em sete tipos diferentes, com pesos variando de 2.19 kg/m
até 3.23 kg/m ), para haste A (5.64kg/m), haste B (6.82 kg/m) e até N (7.28 kg/m), ou
ainda, conforme tendência recente, haste AW (6.52 kg/m). Devido a inércia das hastes, é
esperar que, aumentando suas dimensões, maior energia será despendida para uma mesma
penetração do amostrador no terreno e conseqüente maiores serão os índices de
resistência medidos. Este fator será, então, mais sensível quanto mais profundas forem as
sondagens.
d) Características do martelo de cravação: como o peso está suspenso por uma corda que por
sua vez passa através de uma roldana, há sempre resistências atuando ( maiores quando a
corda for nova ) ou quando o diâmetro da corda não condiz com aquele sulco da roldana.
27
Um ponto de enorme importância é a atual tendência de se mecanizar o equipamento
fazendo com que o peso seja erguido mecanicamente com auxilio de corda enrolada no
cabrestante de um guincho, este vínculo impede que o peso tenha uma queda livre, tendo
como conseqüência a obtenção dos valores “N” aumentados de 50 até 100% quando a
corda é enrolada uma ou duas vezes no cabrestante, respectivamente. Algumas normas
chegam a proibir o emprego de guinchos para elevação do peso de bater ( por exemplo,
New York State Department of Public Works apud Belicanta, 1998).
Outro pormenor de importância neste item é a configuração do martelo: uns são formados por um
bloco maciço ( de forma cilíndrica ou cúbica ) que cai sobre a composição de perfuração guiado
por um varão de pequeno diâmetro solidário à face interior do peso; outros são blocos cilíndricos
anelares que caem guiados por um tubo-guia que está solidário à haste da composição. Neste
ultimo tipo de martelo as áreas de contato potencial onde pode se desenvolver atrito é de cerca de
300cm² contra 30 cm² no primeiro tipo de martelo. Neste formato, caso o eixo do tubo-guia não
esteja em absolutamente centrado com o eixo do martelo, há durante a sua queda grande perda de
energia potencial pelo desenvolvimento de atrito.
Cumpre observar que para se obter uma uniformização da altura de queda do martelo, o tipo
anelar se adequa mais do que o martelo maciço.
Outro fator ligado às características do martelo refere-se a existência de coxim de madeira
engastado na sua parte inferior ( no caso do martelo maciço ) e que é a parte que se choca
diretamente com a cabeça da composição. Sabe-se que o emprego desse coxim de madeira não é
de uso generalizado, porém, até o momento, não há nenhuma pesquisa feita para saber-se qual a
sua influência sobre o índice de resistência a penetração. Outrossim, também não é de uso
generalizado o uso de um pequeno capacete ( “cabeça de bater” ) rosqueado no topo da haste.
e) Diâmetro do tubo de revestimento: entre nós é mais freqüente o uso de tubo de 2 ½” de
diâmetro, porém há casos de se usar diâmetros de 4” e 6” ( quando prevê-se também a
extração de amostras indeformadas na sondagem ) ou diâmetros NX (88.9 mm) e HX
(114.3 mm), quando a exploração está associada com perfuração rotativa. Na Inglaterra
chega-se a utilizar perfuração de 8” a 12” de diâmetro, maior será perturbação do solo
imediatamente abaixo do fundo do furo, justamente aquele que vai ser amostrado ( as
propriedades mecânicas desse solo são alteradas pela própria operação de perfuração, pelo
28
alívio de tensões e pela migração de água ), tendo como conseqüência a diminuição da
resistência a penetração. Nas sondagens mais profundas o uso de diâmetros maiores e
hastes mais delgadas aumenta o índice de resistência à penetração, pois haverá perda de
energia devido a maior flambagem das hastes de perfuração. Quando emprega-se tubo de
revestimento de menor diâmetro este impede um maior deslocamento lateral das hastes e
conseqüentemente haverá menor perda de energia útil.
f) Bomba d’água: não existe, uma especificação quanto à bomba d’água, em termos de
vazão e pressão necessárias à desagregação e à adequada limpeza da perfuração. Sabe-se
que seu efeito é considerável na perturbação do solo na cota de ensaio, mas não tem sido
feito um estudo científico. Teixeira (1974) apresenta um estudo teórico sobre o caso,
dimensionando a vazão em função do diâmetro do revestimento e da dimensão dos grãos
e serem trazidos à superfície, utilizando a lei de Stokes.
7.2.3 Tipo de solo em amostragem
Relativamente a influência das características do solo sobre o valor de “N” tem-se a comentar o
seguinte:
a) Em areias finas puras e siltes grossos de baixa compacidade e saturados: o efeito
dinâmico da cravação tende a causar localmente, e próximo à ponta do amostrador, o
fenômeno de liquefação, resultando um índice de resistência à penetração baixo;
b) Em argilas muito sensíveis o efeito de amolgamento causado pela própria penetração
do amostrador tende a diminuir o valor de “N”;
c) Quando empregam-se hastes muito pesadas na exploração de argilas de baixa
consistência, o peso próprio da composição provoca a penetração do amostrador na
argila de uma dezena de centímetros o que vem posteriormente modificar o valor
“N”aumentando-o .
d) A presença de pedregulhos esparsos em areias de baixa compacidade pode alterar
notavelmente o valor do índice de resistência à penetração, causando interpretações
errôneas quanto a compacidade do solo principal . Quanto maior for a textura dos
29
pedregulhos e portanto, quanto menor a possibilidade dele ser amostrado, maior será o
índice medido;
e) Em solos com alto teor de mica o seu efeito lubrificante tende a facilitar a penetração
do amostrador, diminuindo o valor de “N” independentemente da real compacidade do
solo;
f) Em solos colapsíveis o emprego de água na operação de perfuração diminui
sensivelmente o índice de resistência à penetração, podendo alcançar reduções de até
50%.
g) Peso próprio do solo e compacidade relativa das areias: naturalmente quanto mais
densa for uma areia maior será o valor de N porém, mantendo a mesma densidade, o
valor de N é crescente com o valor da pressão vertical existente. Este fato deve ser
considerado quando o SPT ( “Standard Penetration Test”) é realizado antes de uma
escavação, pois a remoção do solo conduzirá a um forte alívio de pressão vertical nas
cotas de instalação das futuras fundações.
h) Índice de vazios: com o decréscimo do índice de vazios há um aumento do N do SPT,
que facilmente se pode notar pelas inúmeras correlações existentes com a
compacidade relativa das areias.
i) Tamanho médio dos grãos:, N crescente com o aumento do tamanho médio dos grãos
em areias granuladas.
j) Tamanho dos grãos em areia uniforme: no trabalho de Mello (1971), constata-se que
N é pouco sensível à variação do tamanho dos grãos, quando das areias uniformes.
k) Forma dos grãos: a angulosidade e rugosidade de superfície dos grãos de areia tendem
a aumentar o N.
7.2.4 Comercial econômico
Finalmente, o aspecto comercial-econômico também faz-se refletir na qualidade dos resultados
das sondagens executadas (ou executadas parcialmente, quando, então, o problema passa a ser de
aspecto moral-policial). Nestes casos é impossível estabelecer se o SPT ( “Standard Penetration
Test”) aumenta ou diminui.
30
8 APRESENTAÇÃO
8.1 Relatório de campo
Na folha de anotações de campo deverão constar os seguintes elementos:
a) nome da empresa de sondagem e da construtora.
b) nome do cliente.
c) identificação numérica do trabalho.
d) local do terreno ou da obra.
e) número da sondagem.
f) cota da boca do furo em relação a uma referência fixa bem definida.
g) data de início e término da sondagem.
h) profundidades dos tubos de revestimento concomitantes com a profundidade do furo.
i) método de perfuração empregada e profundidade respectiva.
j) profundidade das passagens das camadas e do final do furo.
k) classificação táctil visual da textura e cor do solo amostrado.
31
l) número de amostras.
m) profundidades das amostras.
n) anotação dos casos quando a amostra não foi trazida à superfície pelo amostrador
o) número de golpes necessário para à penetração de cada 15 cm do amostrador.
p) tabela contendo anotações da posição do nível d`água: data, hora, profundidade do
nível d`água, profundidade do revestimento.
q) nome do operador e vistos do fiscal.
r) outras observações colhidas durante a execução das sondagens e julgadas de interesse.
8.2 Relatório apresentado ao cliente
Segundo Nogueira (1988) os resultados das sondagens de simples reconhecimento serão
apresentados em relatório ou certificado, numerado, datado e assinado por engenheiro ou geólogo
de engenharia responsável técnico pelo trabalho.
No memorial do relatório deverão constar:
a) localização da obra.
b) descrição dos serviços realizados e suas quantidades.
c) descrição sumária do método e dos equipamentos empregados na realização das
sondagens.
d) declaração de que foram obedecidas as normas brasileiras relativas ao assunto.
e) outras observações e comentários julgados importantes.
f) referências dos desenhos constantes do relatório.
Anexo ao relatório deverá constar um desenho ( formato A4 da ABNT ), contendo uma planta
cotada, e em escala conveniente, da locação do terreno ou da obra devidamente caracterizado,
amarrada a logradouros públicos, acidentes geográficos ou a marcos topográficos, deforma a não
deixar dúvida quanto a sua localização. O desenho conterá a locação das sondagens executadas
cotadas em relação a elementos fixos e bem definidos no terreno, de forma a poder-se restituir a
qualquer momento, sem dúvidas, essa locação no campo. A planta conterá a posição de referência
32
de nível ( R.N ) tomada para o nivelamento das bocas das sondagens, bem como a descrição
sumária do elemento físico tomando como R.N. . Não se dispondo da cota absoluta da referência
de nível, esta será tomada arbitrariamente igual a zero.
Os resultados das sondagens serão apresentados em desenhos ( formato A4 da ABNT )
numerados contendo o perfil individual de cada sondagem na escala de 1:100, caso as sondagens
tenham alcançado grande profundidade o desenho poderá ser apresentado em outra escala sem
que venha, todavia, a prejudicar a apresentação dos resultados ou dificultar a sua interpretação
(figura 7.1). Nos desenhos apresentados no tamanho A4 da ABNT, deverão constar:
a) o nome da firma executante das sondagens, o nome do interessado, o local da obra,
seu número de identificação do engenheiro ou geólogo de engenharia responsável;
b) diâmetros do tubo de revestimento e do amostrador empregados;
c) número da sondagem;
d) a cota da boca do furo de sondagem, com precisão de um centímetro;
e) coluna cotada em relação a referência de nível ( R.N.);
f) posição das amostras colhidas, devidamente numeradas: as amostras não recuperadas
deverão ser indicadas; e também deverão ser indicadas as amostras obtidas por
lavagem;
g) as profundidades, em relação a boca do furo, das transições de camadas e do final da
sondagem;
h) o número de golpes;
i) identificação e classificação dos solos amostrados utilizando a terminologia de rocha e
solos; a essa terminologia será acrescentada a cor do solo amostrado conforme
anotação do operador na folha de campo, coforme NBR 7250/82.
j) a classificação do material deve obedecer a seguinte seqüência: designação do solo
predominante, designação do solo secundário, designação auxiliar (porosa, plástica,
friável, marinha, orgânica, turfosa), compacidade ou consistência, cor, origem (no
caso de solo residual);
33
k) o nível d`água final e outros níveis característicos encontrados e as respectivas datas
de observação;
l) convenção gráfica dos solos que compõem as camadas do subsolo; será utilizada a
convenção apresentada na figura 7.2
m) datas de início e término da execução da sondagem;
n) indicação das profundidades até onde foram empregadas sucessivamente os vários
processos de perfuração ( TC – trado concha; TH – trado helicoidal; L – lavagem).
34
Figura 8.1 – Perfil individual de sondagem à percussão. Helix (2004)
35
Figura 8.2 – Convenção Gráfica. Nogueira (1988)
36
9 SPT COM MEDIDA DE TORQUE ( SPT-T )
9.1 Introdução
Tomando em consideração que o SPT ( “Standard Penetration Test” ) é um ensaio penetrométrico
conhecido e empregado internacionalmente a décadas, Ranzini ( 1988 ) pensou na possibilidade
de se extrair algo a mais deste ensaio simples e rude, sem alterá-lo em sua metodologia.
Sua idéia veio na proposição da medida do atrito/adesão desenvolvido na interface solo-
amostrador, quando da realização do SPT ( “Standard Penetration Test” ) nas sondagens de
simples reconhecimento, o que não demanda alteração de procedimento no referido ensaio, pois
os sondadores normalmente aplicam torque as hastes de cravação com o objetivo de girar o
amostrador cravado, facilitando com isto a remoção do mesmo.
O ensaio SPT-T, introduzido por Ranzini (1988), trouxe a possibilidade de obtenção de um
parâmetro importante para o cálculo de fundações de maneira simples. Desde então, vários
pesquisadores vêm incentivando sua utilização na prática da engenharia de fundações.
A medida de torque, além de não alterar significativamente os custos de uma sondagem à
percussão, proporciona ao engenheiro uma segunda medida de resistência inclusive estática,
sendo a primeira aquela dinâmica proveniente do próprio SPT.
8.3. Histórico do ensaio SPT-T
Segundo Peixoto (2001) passados onze anos da primeira tentativa de padronização do ensaio
SPT, Ranzini (1988) propôs uma pequena modificação no procedimento normal do ensaio de
penetração dinâmica SPT, para a obtenção de um valor de atrito lateral. Na verdade, não seria
bem uma modificação, mas sim, um pequeno prosseguimento do ensaio após o seu término, não
alterando em nada o procedimento para obtenção do índice de resistência à penetração N. Depois
do final da cravação do amostrador, para facilitar sua retirada, o operador costuma aplicar uma
torção à haste com uma ferramenta (chave de grifo, por exemplo). Segundo Ranzini, em lugar da
chave, o operador utilizaria um torquímetro, que forneceria a medida do momento de torção
máximo necessário à rotação do amostrador. Este valor poderia ser utilizado, por exemplo, na
37
avaliação da tensão lateral em estacas, através da adesão-atrito lateral estimado, desenvolvido na
interface solo-amostrador, eq. ( 1 ) apresentada a seguir:
( )17,4060h*40,5366
TfT
−= ( 1 )
em que: Tf = tensão de atrito lateral ( kgf/cm2 )
T= torque máximo ( cm.kgf )
h= penetração do amostrador ( cm )
Para a dedução desta fórmula, Ranzini (1988) considerou uma variação linear da tensão de
cisalhamento desde zero, no centro da base do amostrador, até uma tensão máxima na
superfície lateral cilíndrica, passando pelo trecho tronco-cônico da sapata cortante, desprezando a
diferença entre o atrito interno do solo e a parede lateral do amostrador no restante da superfície.
Esta fórmula foi corrigida depois de seis anos por Ranzini (1994), eq. ( 2 ). O autor considerou
então que a tensão de atrito lateral fosse constante, tanto na face lateral do amostrador, como na
abertura inferior. Isto porque entendeu que existe uma condição de equilíbrio entre o momento
aplicado, por meio do torquímetro, e o momento resistente do atrito lateral, tomando-se como
parâmetro, a profundidade ( h ) de cravação.
( )( )[ ]
−+−−π
=3
02
T
rr2RrRh3
1hR2
Tf ( 2 )
em que: h= ( altura total de cravação do amostrador)
R= 2,54 cm ( raio externo do amostrador)
r= 1,905 cm ( raio mínimo da boca do amostrador )
h0= 1,90 cm ( altura do chanfro tronco-cônico)
38
Portanto:
( )3,171140,5366h
TfT
−= ( 3 )
em que: “ Tf ” em kgf/cm2, “T” em kgf.cm e “h” em cm
ou
( )032,041,336h
TfT
−= ( 4 )
em que: “ Tf “ em kPa, “T“ em kN.m e “h“ em m
Após a sugestão de Ranzini (1988), no início da década de 90, alguns engenheiros começaram a
utilizar a medida do torque no SPT. Houve então duas correntes principais de aplicação: uma
adotando o torque como fator de correção do valor N, outra utilizando a adesão-atrito solo-
amostrador como de cálculo de capacidade-de-carga de fundações.
Segundo Peixoto (2001) no início da década de 90 o primeiro a usar a medida do torque foi o
engenheiro Luciano Decourt professor da FAAP que sugeriu a relação T/N como forma de
aferição do valor N e também como parâmetro de classificação geotécnica dos solos. O
engenheiro Urbano Alonso Rodrigues também professor da FAAP seguiu a proposta original de
Ranzini (1988), a qual consistia em utilizar o torque para a previsão da adesão-atrito lateral de
estacas.
No final da década de 90, pesquisadores da Universidade de Massachusetts, adotando a idéia
brasileira de acrescentar o torque ao SPT, realizaram provas-de-carga à compressão e à tração no
amostrador. Consideraram a seguinte equação, mais simplificada que a de Ranzini (1994), para o
cálculo do atrito lateral:
39
Tf
L*2
d*π
T*2 = ( 5 )
sendo: Tf = tensão de atrito lateral ( kgf/cm2 )
T = torque medido
d = diâmetro do amostrador
L = comprimento de cravação do amostrador
Esses autores compararam medidas de torque obtidas através de equipamentos analógico e
elétrico, Figura 9.1., chegando à conclusão de que as medidas analógicas são satisfatórias.
Afirmação essa importante para o incentivo da medida de torque na prática.
Na Figura 9.2 mostram-se ensaios de arrancamento e compressão do amostrador, realizados por
Lutenegger e Kelley (1998) apud Peixoto (2001) . Destes ensaios os autores obtiveram as tensões
na ponta e de atrito lateral da seguinte forma: foi considerado, que no ensaio de compressão, é
provocada uma força na ponta e outra de atrito lateral no amostrador, enquanto que no ensaio de
tração induz-se apenas o aparecimento do atrito lateral.
Esses resultados estão apresentados na Figura 9.3, percebendo-se claramente que o atrito lateral
obtido do torque e o do ensaio à tração se apresentam com coerência. Fatores como peso próprio
das hastes, sucção, área variável da superfície de atrito e, o tipo do solo também devem ter
influenciado os resultados.
40
Figura 9.1 - Esquema do ensaio
SPT-T Lutenegger e Kelley (1998)
apud Peixoto (2001)
Figura 9.2 - Esquema de
carregamento (compressão e
tração) com atrito lateral e ponta
agindo no amostrador Lutenegger
e Kelley (1998) apud Peixoto
(2001).
Figura 9.3 - Atrito lateral obtido através do SPT-T, do ensaio de tração e do ensaio de
compressão no amostrador Lutenegger e Kelley (1998) apud Peixoto (2001).
41
Propondo a continuação de estudos do ensaio SPT-T, PRESA,1996 apud PEIXOTO,2001,
acentua a importância de se incentivar a utilização do SPT-T no Brasil. O autor ressaltou a
relevância do conhecimento da energia de cravação e da utilização do parâmetro de adesão-atrito
lateral sugerida por Ranzini (1988).
Assim, com o objetivo de avaliar a operacionalidade e a obtenção de parâmetros de projeto de
fundações através do SPT-T, (Soares,1999 apud Peixoto,2001) executou uma campanha desse
ensaio e observou os seguintes fatores que influenciam no mesmo:
− Estado de conservação das hastes, das luvas e do amostrador;
− Necessidade de utilização de disco-centralizador para manter as hastes na vertical;
− A velocidade-de-rotação do torquímetro deve ser constante;
− O torquímetro deve ser utilizado na posição horizontal para não afetar na medida do torque;
− Falta de atenção do operador levando a erros de leitura e não zerar o torquímetro antes do
início da rotação;
− Faixa de leitura dos torquímetros.
Baseado em sua experiência, (Soares,1999 apud Peixoto, 2001) enumerou algumas vantagens e
limitações do SPT-T.
9.3 Revisão Bibliográfica
Segundo Peixoto (2001) o SPT-T foi proposto por Ranzini (1988). Esse ensaio consiste na
execução do ensaio SPT, normatizado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas
(NBR 6484/80) e, logo após terminada a cravação do amostrador, é aplicada uma rotação ao
conjunto haste-amostrador com o auxílio de um torquímetro, Figura 9.4. Durante a rotação, toma-
se a leitura do torque máximo necessário para romper a adesão entre o solo e o amostrador,
permitindo a obtenção do atrito lateral amostrador-solo.
42
� Torquímetro � Adaptador � Haste do amostrador
� Disco Centralizador � Tubo de Revestimento � “Bica”
Figura 9.4 - Torquímetro ( Alonso, 1994 )
A medida do torque provavelmente possui a vantagem de não ser afetada pelas conhecidas fontes
de erros do valor tradicional do SPT ( contagem do número de golpes, altura de queda, peso da
massa cadente, atrito das hastes, mau estado da sapata cortante, roldana, corda etc...). Outra
vantagem desse procedimento, é a possibilidade de se obter um valor mais confiável da tensão
lateral através do SPT e, por um custo adicional muito pequeno.
Outra medida que também pode ser obtida é a do torque residual, que consiste em continuar
girando o amostrador até que a leitura se mantenha constante, quando, então, faz-se uma segunda
medida.
Para o trabalho em questão, é importante que se conheça a história do SPT e sua introdução no
Brasil descrita anteriormente e como se chegou à padronização do atual procedimento, e como se
iniciou a medida do torque sugerida por Ranzini (1988).
É de fundamental importância ter-se um profundo conhecimento dos fatores intervenientes no
ensaio SPT, já estudados por diversos autores.
Basicamente, na prática atual, existem duas correntes de aplicação para o SPT-T: primeiro diz
respeito ao estudo da relação T/N para obtenção de parâmetros geotécnicos e correção do valor N
do SPT; e a segunda refere-se obtenção do atrito lateral de estacas através da obtenção da adesão-
atrito solo-amostrador.
43
9.4 Vantagens e limitações
Vantagens:
− Medida simultânea da resistência estática, T, e da medida dinâmica, N;
− Aferição do valor N;
− Utilização de equipamentos de fácil aquisição e de baixo custo;
− Não-necessidade de carga de reação, ou ancoragens provisórias, facilitando a execução;
− Maior similaridade com a condição de solicitação do solo quando da cravação de uma estaca
de deslocamento.
− Identificação da presença de pedregulho em camadas de areia, que falseiam os valores de N,
contra a segurança.
− Identificação dos valores de N72 ( valor de N p/ uma eficiência de cravação de 72%),
irrealisticamente elevados em camadas de areia fina ou mesmo de siltes compactos, quando
situadas abaixo do nível d`água freático.
− Identificação de solos colapsíveis.
− Identificação do grau de estrutura dos solos.
Limitações:
− Causa torção das hastes e rompimento das luvas em solos com índices de resistência à
penetração ou torque elevados;
− Exige muito esforço físico dos operadores quando executados em solos que oferecem maior
resistência;
− Aumenta o tempo de ensaio, dependendo da resistência oferecida pelo solo.
44
10 CONCLUSÃO
Com base neste trabalho é possível notar as evoluções da sondagem a percussão com medidas em
SPT ( “Standard Penetration Test” ) e medidas de torque. Como foi importante a padronização
dos equipamentos e procedimentos de acordo com a NBR 6484/80, já que antes da criação da
norma, a maioria das empresas que executavam sondagens não utilizavam o mesmo tipo de
equipamento, e procedimentos variados, comprometendo assim seus resultados.
A sondagem é uma ferramenta de trabalho que deve ser utilizada dentro da engenharia por
fornecer uma grande quantidade de dados, por apresentar um custo baixo comparado com valor
da obra e principalmente por propiciar ao engenheiro condições para melhores soluções em seus
projetos.
45
11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT (1980) Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos. NBR 6484/80.
ABNT (1982) Identificação e descrição de amostras de solo obtido por sondagens de simples
reconhecimento dos solos - procedimento. NBR 7250/82.
BELICANTA, Antonio (1998) Avaliação de fatores intervenientes no índice de resistência a
penetração do SPT. São Carlos. Tese de doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos.
HACHICH W., Falconi F., Saes L.J., Frota Q.G.R., Carvalho S. C., Niyama S. Fundações
Teoria e Prática, Pini.
HELIX. (2004) Engenharia e Geotecnia S/C ltda, Americana-SP
LIMA, A. P. M. (1980): Prospecção Geotécnica do solo, Livros técnicos e científicos, 3-28p.
NOGUEIRA, J.B. (1988): Amostragem e reconhecimento do sub-solo, Escola de engenharia de
São Carlos.
PEIXOTO, Anna Silvia Palcheco (2001) Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática
de engenharia de fundações, Campinas, Tese de doutorado. Universidade de Campinas.
MELLO, V.F.B (1971) Considerações sobre os ensaios de penetração e sua aplicação a
problemas de fundações rasas. São Paulo, Tese de doutorado. Faculdade de Arquitetura e
Urbanismo da USP.
RANZINI, S.M.T. (1988): SPTT, Solos e Rochas, Vol. 11, n. único, p. 29-30.
RANZINI, S.M.T. (1 994 ): SPTT : 2ª parte. Solos e Rochas. Vol. 17, p. 189-190.
TEIXEIRA, A. H. (1974) A padronização da sondagem de simples reconhecimento. In:
Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos, São Paulo. Anais, ABMS, v.3, p1-22.
TEIXEIRA, A. H. (1974) Anais do V Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos.,São Paulo.
Anais, ABMS, v.1, p24-36.
TERZAGHIH, H., PECK, R.(1948) Mecânica dos solos.Livro Técnico S.A., Rio de Janeiro,
p.305.
YAZIGI Walid. A Técnica de Edificar, Pini, São Paulo p. 40-46.
46