Sondagens à Percussão SPT by André de Paula

SONDAGENS DE SIMPLES RECONHECIMENTO À PERCUSSÃO COM SPT PROCEDIMENTO EXECUTIVO

SONDAGENS À PERCUSSÃO COM SPT

ÍNDICE Introdução................................................................................................................ 3 Vantagens................................................................................................................4 Boletim de Controle de Execução........................................................................... 5 Equipamento........................................................................................................... 7 Equipe..................................................................................................................... 9 Mobilização.............................................................................................................10 Procedimento executivo.........................................................................................11 . Definição do Número de Sondagens............................................................11 . Definição da Localização das Sondagens.....................................................12 Processo de Perfuração...............................................................................13 Amostragem................................................................................................. 14 Ensaio de Penetração Dinâmica..................................................................15 Critérios de Paralisação da Sondagem........................................................17 Ensaio de Avanço da Perfuração por Lavagem...........................................18 Observação do Nível D’Água Freático.........................................................19 Estados de Compacidade e de Consistência........................................................ 20 Perfil Individual de Sondagem............................................................................... 21 Outros serviços realizados pela TEC GEO........................................................... 22 Bibliografia............................................................................................................. 23

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INTRODUÇÃO A elaboração de projetos geotécnicos em geral, e de fundações em particular, exige um conhecimento adequado dos solos. É necessário proceder-se à identificação e à classificação das diversas camadas componentes do substrato a ser analisado, assim como à avaliação das suas propriedades de engenharia. A sondagem à percussão é o método para investigação de solos mais difundido no Brasil, capaz de amostrar o subsolo quando associada ao ensaio de penetração dinâmica. Esse ensaio, também denominado Standard Penetration Test (SPT), tem como propósito a obtenção de índices de resistência à penetração. Tais procedimentos de campo permitem o reconhecimento de importantes características necessárias à elaboração de projetos geotécnicos: o tipo de solo atravessado por meio da retirada de uma amostra deformada, a cada metro perfurado; a resistência oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão, também a cada metro perfurado; e a posição do nível ou dos níveis d’água, quando encontrados durante a perfuração. Originário da América do Norte, o método é padronizado internacionalmente desde 1988, sendo normatizado pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) através da norma NBR 6484. As perfurações são executadas com avanço por trado cavadeira/helicoidal e/ou circulação de água e coleta de amostras representativas a cada metro de profundidade, simultânea com medida de resistência do solo. O ensaio penetrométrico é efetuado com um amostrador padrão de 1 3/8” (34,9 mm) e 2” (50,8 mm) de diâmetros interno e externo, respectivamente, cravado através de um peso de 65 kg em queda livre de 75 cm de altura. Os resultados obtidos no ensaio são apresentados na forma de perfis geotécnicos, individuais, de cada sondagem, acompanhados de planta de localização dos furos e da referência de nível.

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VANTAGENS O emprego das sondagens à percussão fornece as seguintes vantagens principais: custo baixo; facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso; coleta de amostras do terreno, a diversas profundidades, possibilitando o conhecimento da estratigrafia do mesmo; através da maior ou menor dificuldade oferecida pelo solo à penetração de ferramenta padronizada, fornece indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos investigados; determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 01: Amostras de solo coletadas durante uma sondagem à percussão SPT.

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BOLETIM DE CONTROLE DE EXECUÇÃO O Boletim de Controle de Execução ou Relatório de Campo (figura 02), conforme NBR 6484, é um documento que deve ser preenchido para todos os furos de sondagens, registrando-se, no mínimo, os seguintes dados de execução: nome do cliente; local da obra; número do trabalho; data; número do furo; cota da boca do furo em relação a uma referência de nível (RN) fixa e bem definida; profundidade e espessura das camadas com descrição tátil-visual; nível d’água, com leitura estabilizada ao atingir o primeiro NA, e posteriormente leituras diárias, sempre no início das atividades; profundidade do revestimento; método de perfuração: trado cavadeira - TC, trado espiral - TE ou lavagem LV (circulação de água); perda d’água, quando houver; informações sobre a paralisação, se foi com o amostrador padrão ou se foi por lavagem; indicação da penetração nos três estágios de 10’ (minutos), ao ser efetuada por lavagem por tempo; indicação de deslocamento do furo e motivo; em paralisações por algum motivo diferente do determinado, indicações de causa e de quem solicitou; nome e assinatura do sondador; nome e visto do encarregado.

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TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 02: Boletim de Controle de Execução.

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EQUIPAMENTO O equipamento para a execução de uma sondagem à percussão (figura 03) é composto, em linhas gerais, dos seguintes elementos: tripé equipado com sarilho, roldana e cabo; tubos de revestimento com diâmetro interno mínimo de 66,5 mm (diâmetro nominal de 2 ½”); haste de aço para avanço, com diâmetro nominal interno de 25 mm (diâmetro externo 33,7 mm e peso do tubo 2,97 kg/m). As hastes deverão ser retilíneas e dotadas de roscas em bom estado. Quando acopladas por luvas apertadas, devem formar um conjunto retilíneo; martelo para cravação das hastes de perfuração e dos tubos de revestimento (peso de bater) consistindo de uma massa de 65 kg de ferro, da forma cilíndrica ou prismática. Encaixado na parte inferior do martelo, poderá haver um coxim de madeira dura; amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8 mm e interno 34,9 mm. O corpo do amostrador é bipartido. A cabeça tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém interiormente uma válvula constituída por esfera de aço inoxidável; conjunto motor-bomba para circulação de água no avanço da perfuração; trépano ou peça de lavagem constituído por peça de aço terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para a água; trado concha com 100 mm de diâmetro e trado especial de diâmetro mínimo de 56 mm e máximo de 62 mm; materiais acessórios e ferramentas gerais necessárias à operação da aparelhagem.

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TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 03: Desenho esquemático do equipamento de sondagem à percussão SPT. Fonte: Prospecção Geotécnica do Subsolo, p. 17 Lima, Maria José C. Porto A. de, Rio de Janeiro, 1979

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EQUIPE O equipamento para a execução de uma sondagem à percussão deve ser operado por equipe de campo constituída de sondador, auxiliar de sondagem e ajudante. FUNÇÕES

CONHECIMENTOS Deve ser treinado e aprovado no serviço pelo encarregado de sondagem e pelo engenheiro geotécnico responsável pelo serviço.

SONDADOR

Deve saber ler e escrever, além de conhecer todo o equipamento, a operação e manutenção. Deve saber fazer a descrição tátil visual das amostras de solo encontradas durante a sondagem - nos seus aspectos básicos quanto à granulometria, cor e origem.

AUXILIAR DE SONDAGEM

Deve conhecer todos os equipamentos e todas as operações do serviço. Funcionário, ainda em fase de treinamento, não pertencendo necessariamente à equipe mínima.

AJUDANTE Auxilia nas várias etapas do serviço, seguindo orientação do sondador ou do auxiliar. TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 04: Funções e conhecimentos da equipe para execução de uma sondagem à percussão. Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos (3ª ed.), p. 14 (adaptado) ABEF - Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia

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MOBILIZAÇÃO A mobilização e desmobilização da equipe e dos equipamentos para execução de uma sondagem à percussão são realizadas por caminhão com capacidade de até 4 toneladas. Por ser equipamento leve, tais procedimentos são realizados manualmente pelos próprios funcionários, não despendendo muito tempo para sua montagem no canteiro de obras.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 05: Mobilização de equipamento de sondagem à percussão SPT.

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PROCEDIMENTO EXECUTIVO 1. DEFINIÇÃO DO NÚMERO DE SONDAGENS O número de sondagens e a sua localização em planta dependem do tipo da estrutura, de suas características específicas e das condições geotécnicas do subsolo. O número de sondagens deve ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo. As sondagens devem ser, no mínimo, de uma para cada 200 m² de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m² de área. Entre 1200 m² e 2400 m² deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m² que excederem de 1200 m². Acima de 2400 m² o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o plano particular da construção. No entanto, em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens deve ser: dois para área de projeção em planta do edifício até 200 m²; três para área entre 200 m² e 400 m². Nos casos em que não houver ainda disposição em planta dos edifícios, como nos estudos de viabilidade ou de escolha de local, o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um mínimo de três sondagens.

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2. DEFINIÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DAS SONDAGENS Para a execução das sondagens, determina-se, em planta, na área a ser investigada, a posição dos pontos a serem sondados. As sondagens devem obedecer às seguintes regras gerais: conhecendo-se a projeção em planta da edificação, as sondagens devem ser igualmente distribuídas, próximas ao limite dessa área; na fase de estudos preliminares ou de planejamento do empreendimento, as sondagens devem ser igualmente distribuídas em toda a área; na fase de projeto, pode-se localizar furos de sondagem, complementares, de acordo com critério específico que leve em conta pormenores estruturais, tais como pontos com maior concentração de carga, etc.; as sondagens não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento, de forma a permitir uma interpretação em diversos planos de corte; salvo casos específicos, a distância entre os pontos de sondagem devem variar entre 15 e 30 metros. Para a instalação do tripé e operações do equipamento de sondagem, necessita-se de área com raio de dois a três metros. Assim, a localização deve ser definida mantendo-se essa distância das divisas e de construções existentes. Em caso da constatação de inviabilidade do ponto locado, sua posição pode ser corrigida de forma a estar compatível com a situação do local. Definida a localização das sondagens, os pontos devem ser locados e nivelados no terreno. O nivelamento deve ser feito em relação a um RN (nível de referência) fixo e bem determinado, de preferência único para toda a obra e fora do local desta, como, por exemplo, uma guia de passeio (meio-fio), a tampa de um poço de visita de serviços públicos (água, esgoto, energia elétrica, gás, telefone, etc.).

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3. PROCESSO DE PERFURAÇÃO Para se iniciar uma sondagem, monta-se sobre o terreno, na posição de locação do furo, o “tripé de sondagem”. No topo do tripé é instalada a roldana por onde passa um cabo de aço. Este conjunto, tripé, roldana e cabo de aço, auxiliará no manuseio da composição de hastes e levantamento do ”martelo”. A perfuração é iniciada com o trado cavadeira até a profundidade de 1 (um) metro, instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento. Nas operações subseqüentes de perfuração utiliza-se o trado espiral, até que se torne inoperante ou até encontrar o nível d’água. Passa-se então ao processo de perfuração por circulação de água no qual, usando-se o trépano de lavagem como ferramenta de escavação, a remoção do material escavado se faz por meio da circulação de água realizada pela bomba d’água motorizada. Durante as operações de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável, procede-se a descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário, alternadamente com a operação de perfuração. O tubo de revestimento deverá ficar no mínimo a 0,50 m do fundo do furo, quando da operação de amostragem. 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. Durante a operação de perfuração são anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame táctil-visual e da mudança de coloração dos materiais trazidos à boca do furo pelo trado espiral ou pela água de lavagem.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 06: Operação do equipamento pelo sondador.

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4. AMOSTRAGEM Será coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado concha durante a perfuração até um metro de profundidade, essa identificada como amostra zero. Posteriormente, a cada metro de perfuração, a contar de um metro de profundidade, são colhidas amostras dos solos por meio do amostrador padrão. Obtêm-se amostras cilíndricas, adequadas para a classificação, porém, evidentemente, comprimidas. Esse processo de extração de amostras oferece, entretanto, a vantagem de possibilitar a medida da consistência ou compacidade do solo por meio de sua resistência à penetração no terreno, da qual se tratará adiante.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 07: Coleta de amostras através do amostrador padrão.

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5. ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (STANDARD PENETRATION TEST - SPT) O amostrador padrão, conectado às hastes de perfuração, é descido no interior do furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfuração. A seguir, a cabeça de bater é colocada no topo da haste, o martelo apoiado suavemente sobre a cabeça de bater e anotada a eventual penetração do amostrador no solo. Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referência, marca-se na haste de perfuração, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 08: Marcação de trechos de 15 cm na haste de perfuração.

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O ensaio de penetração consiste na cravação do amostrador no solo através de quedas sucessivas do martelo, erguido até a altura de 75 cm. Procede-se a cravação de 45 cm do amostrador, anotando-se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada 15 cm.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 09: Ensaio de penetração dinâmica (Standard Penetration Test - SPT).

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A cravação do amostrador-padrão é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações: em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30; um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação; não se observar avanço do amostrador-padrão durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. Quando for atingida a condição descrita na terceira situação acima e após a retirada da composição com o amostrador, deve em seguida ser executado o ensaio de avanço da perfuração por circulação de água, conforme será descrito posteriormente. Nesse caso, o furo é classificado como “impenetrável à percussão”. Ocorrendo essa situação antes da profundidade estimada para atendimento do projeto, a sondagem deve ser deslocada, no mínimo duas vezes para posições diametralmente opostas, a 2 m da sondagem inicial.

6. CRITÉRIOS DE PARALISAÇÃO DA SONDAGEM Não ocorrendo as situações de paralisação descritas durante o ensaio de penetração dinâmica, o processo de perfuração por lavagem, associado aos ensaios penetrométricos, será utilizado até onde se obtiver, nesses ensaios, uma das seguintes condições: quando, em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador-padrão; quando, em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador-padrão; quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 45 cm do amostrador-padrão. Dependendo do tipo de obra, das cargas a serem transmitidas às fundações e da natureza do subsolo, admite-se a paralisação da sondagem em solos de menor resistência à penetração do que aquela discriminada acima, desde que haja uma justificativa geotécnica ou solicitação do cliente.

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7. ENSAIO DE AVANÇO DA PERFURAÇÃO POR LAVAGEM Quando for atingida a condição de impenetrável à percussão anteriormente descrita, deverá a mesma ser confirmada pelo ensaio de avanço da perfuração por lavagem. Este ensaio consiste na execução da operação de perfuração por circulação de água durante 30 minutos anotando-se os avanços do trépano obtidos a cada período de 10 minutos. A sondagem será dada por encerrada quando, no ensaio de avanço da perfuração por lavagem, forem obtidos avanços inferiores a 5 cm em cada período de 10 minutos ou quando, após a realização de 4 ensaios consecutivos, não for alcançada a profundidade de execução do ensaio penetrométrico seguinte.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 10: Ensaio de avanço da perfuração por lavagem.

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8. OBSERVAÇÃO DO NÍVEL D’ÁGUA FREÁTICO Durante a execução da sondagem à percussão são efetuadas observações sobre o nível d’água, registrando-se a sua cota, a pressão que se encontra e as condições de permeabilidade e drenagem das camadas atravessadas. Quando se consegue levar a perfuração com trado helicoidal até a profundidade de ocorrência do nível d’água, interrompe-se a perfuração nessa oportunidade e passa-se a observar a elevação do nível d’água no furo até sua estabilização, efetuando-se leituras a cada 5 minutos durante, no mínimo, 15 minutos. Nos casos onde ocorrem pressão de artesianismo no lençol freático, ou fuga de água no furo, deverão ser anotadas as profundidades das ocorrências e do tubo de revestimento. O nível d’água final da sondagem é determinado no término do furo, após esgotamento do mesmo e após a retirada do tubo de revestimento e decorridas, no mínimo, 12 horas.

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ESTADOS DE COMPACIDADE E DE CONSISTÊNCIA Tal como definido por Terzaghi-Peck (“Soil Mechanics in Engeneering Practice”) o índice de resistência à penetração (SPT ou N - Standard Penetration Test) é a soma do número de golpes necessários à penetração no solo dos 30 cm finais do amostrador. Despreza-se, portanto, o número de golpes correspondentes à cravação dos 15 cm iniciais do amostrador. Ainda que o ensaio de resistência à penetração não possa ser considerado como um método preciso de investigação, os valores de N obtidos dão uma indicação preliminar bastante útil da consistência (solos argilosos) ou estado de compacidade (solos arenosos) das camadas de solos investigadas. Na tabela abaixo constam as designações e valores estabelecidos pela NBR 6484 na bibliografia citada e adotados no método proposto pela Associação Brasileira de Mecânica dos Solos (ABMS).

SOLO

AREIAS E SILTES ARENOSOS

ARGILAS E SILTES ARGILOSOS

ÍNDICE DE RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO

DESIGNAÇÃO

≤4

Fofa (o)

5a8

Pouco compacta (o)

9 a 18

Medianamente compacta (o)

19 a 40

Compacta (o)

> 40

Muito compacta (o)

≤2

Muito mole

3a5

Mole

6 a 10

Média (o)

11 a 19

Rija (o)

> 19

Dura (o)

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figura 11: Tabela dos estados de compacidade e de consistência. NBR 6484 - Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT, p. 17 ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, fev/2001

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PERFIL INDIVIDUAL DE SONDAGEM Com base nas anotações de campo e nas amostras colhidas prepara-se, para cada sondagem, um desenho (formato A4 da ABNT) contendo o perfil individual da sondagem onde figuram as seqüências das camadas do subsolo, constando ainda cotas, posições onde foram recolhidas amostras, os níveis d’água subterrâneos, além das resistências à penetração, nas cotas em que foram observadas e expressas em golpes/cm. Do relatório sobre as sondagens deve constar um desenho com a localização das sondagens em relação a pontos bem determinados do terreno, além da indicação do RN aos quais foram referidas as cotas dos pontos sondados.

TEC GEO Técnicas em Geotecnia Ltda. Figuras 12 e 13: Croqui de Localização e Perfil Individual de Sondagem.

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OUTROS SERVIÇOS REALIZADOS PELA TEC GEO Estacas de concreto do tipo “Hélice Contínua Monitorada”. - diâmetros de 300 a 800 mm até 24 m de profundidade Estacas Metálicas do tipo “Trilho”, “Perfil”, “Tubo”, “Prancha”. Estacas “Pré-moldada de Concreto”. - martelos de queda-livre de 2500 kg a 6500 kg - martelo hidráulico de 5000 kg Estacas “Strauss”. - diâmetros 320 a 520 mm Estacas “Trado Mecânico”. Estacas de “Madeira”. Sondagens SPT-T. Sondagens Rotativas. Tubulões escavados a céu aberto. Micro Estacas, Estacas Raiz. Contenções em Tirantes, Rip-rap. Estacas “Hollow Auger”. Laudos Geotécnicos. Projetos de fundações. Projetos de contenções e terraplenagem. Projetos de drenagem superficial. Assessoria Técnica de execução de fundações. Controle de recalques. Reforço de fundações. Poços de monitoramento do lençol freático. Medidores de nível d'água (Piezômetros). Ensaios de Permeabilidade. Ensaios de Perda d'água.

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BIBLIOGRAFIA NBR 6484 - Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, fev/2001 NBR 8036 - Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, jun/1983 Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos ABEF ABEF - Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia, São Paulo: Editora Pini Ltda., 3ª ed., nov/2004 Grupo A: Investigações Geotécnicas A03: Sondagem a Percussão, p. 7-30.

Prospecção Geotécnica do Subsolo LIMA, Maria José C. Porto A. de, Rio de Janeiro, 1979 Capítulo 3: Métodos Diretos de Investigação do Subsolo 3.4 Sondagens à Percussão com Circulação de Água, p. 16-28.

Fundações - Teoria e Prática ABMS/ABEF, Vários autores, São Paulo: Editora Pini Ltda., 2ª ed., ago/1998 Capítulo 3: Investigações Geotécnicas 3.2 Sondagens de Simples Reconhecimento a Percussão, p. 119-121.

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Versão tec.spt.02 23

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