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Artigo Tipos de solo e investigação do subsolo: entenda o ensaio a percussão e seu famoso índice SPTPor e equipe
A sondagem a percussão é também chamada de de “Simples reconhecimento” ou, ainda, de “Sondagem SPT”. Este nome vem da abreviação dos termos ingleses “Standard Penetration Test”, ou seja, “Teste de Penetração Padrão”. Este processo é muito usado para conhecer o sub-solo fornecendo subsídios indispensáveis para escolher o tipo de fundação. Conheça um pouco mais sobre este teste tão importante para a Arquitetura e a Construção Civil.
O projeto de fundações é uma etapa importante de qualquer construção, de todos os portes. Afinal, é sobre a fundação que repousa todo o peso da obra, e de nada adiante construir sobre uma base instável. O conhecimento do tipo de solo, conforme já mostramos em , é importante para se conhecer o comportamento esperado ao receber as cargas, mas para saber o melhor tipo de fundação é preciso saber:
- Quais são os tipos de solo que estão sob a obra, e a que profundidade;
- Qual é altura do lençol freático;
- Qual é a capacidade de carga do sub-solo, em diversas profundidades;
- Como o solo se comporta ao receber carga.
Para obter estes tipos de informação o teste mais econômico e elucidativo é o ensaio SPT. A partir dele o projetista de fundações poderá solicitar exames mais específicos, caso ache necessário.
 | | Equipamento para ensaio de percussão e medição do SPT de subsolo. |
Equipamentos utilizados
O equipamento para a sondagem a percussão é simples e pode ser relativamente barato. Existem soluções mais sofisticadas em termos de facilidade e precisão, mas o material básico consiste em:
- Tripé equipado com sarilho, roldana e cabo;
- Tubos metálicos de revestimento, com diâmetro interno de 63,5 mm (2,5”);
- Hastes de aço para avanço da perfuração, com diâmetro interno de 25 mm;
- Martelo de ferro para cravação das hastes de perfuração, do amostrador e do revestimento. Seu formato é cilíndrico e o peso é de 65 kg;
- Conjunto motor-bomba para circulação de água no avanço da perfuração;
- Trépano de lavagem constituído por peça de aço terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para a água a ser utilizada;
- Trado concha com 100 mm de diâmetro e helicoidal com diâmetro de 56 a 62 mm;
- Amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8 mm e interno de 34,9 mm, com corpo bipartido (vide figura abaixo).
Com equipamento tão simples, é de suma importância que o pessoal que vai manuseá-lo seja bem treinado, sério e atento. Daí de percebe a importância de escolher uma boa empresa de sondagem, pois um teste mal feito pode levar a conclusões errôneas e interferir negativamente na escolha e dimensionamento da fundação, ou seja, haverá um aumento no custo e possível perda na qualidade da edificação.
Como é feito o ensaio STP
O ensaio consiste em fazer uma perfuração vertical com diâmetro normal 2,5” (63,5mm). A profundidade varia com o tipo de obra e o tipo de terreno, ficando em geral entre 10 a 20 m. Enquanto não se encontra água, o avanço da perfuração é feita, em geral, com um trado espiral (helicoidal).
O avanço com trado é feito até atingir o nível de água ou então algum material resistente. Daí em diante, a perfuração continua com o uso de trépano e circulação de água, processo denominado de “lavagem”. O trépano é uma ferramenta da largura do furo e com terminação em bisel cortante, usado para desagregar o material do fundo do furo.
O trépano vai sendo cravado no fundo do furo por repetidas quedas da coluna de perfuração (trépano e hastes). O martelo cai de uma altura de 30 cm, e a queda é seguida por um pequeno movimento de rotação, acionado manualmente da superfície, com uma cruzeta acoplada ao topo da coluna de perfuração. Injeta-se água sob pressão pelos canais existentes nas hastes, esta água circula pelo furo arrastando os detritos de perfuração até a superfície. Para evitar o desmoronamento das paredes nas zonas em que o solo apresenta-se pouco coeso é instalado um revestimento metálico de proteção (tubos de revestimento).
A sondagem prossegue assim até a profundidade especificada pelo projetista (que se baseia na norma), ou então até que a percussão atinja material duro como, por exemplo, rocha, matacões, seixos ou cascalhos de diâmetro grande.
Durante a perfuração, a cada metro de avanço é feito um ensaio de cravação do amostrador no fundo do furo, para medir a resistência do solo e coletar amostras. Esse ensaio, denominado ensaio de penetração ou ensaio SPT, é feito com equipamento e procedimento padronizados no mundo todo, para permitir a correlação de seu resultado com a experiência consolidada de muitos estudos feitos no Brasil e no exterior.
 | | Amostrador padrão para ensaio SPT. A padronização internacional permite comparações entre estudos feitos em diversas parte do mundo. |
O amostrador (figura ao lado) é cravado através do impacto de uma massa metálica de 65 kg caindo em queda livre de 75 cm de altura. O resultado do teste SPT será a quantidade de golpes necessários para fazer penetrar os últimos 30 cm do a
mostrador no fundo do furo. Se o solo for muito mole, anota-se a penetração do amostrador, em centímetros, quando a massa é simplesmente apoiada sobre o ressalto. A medida correspondente à penetração obtida por simples apoio, ou zero golpes, pode ser expressiva em solos moles. Na penetração por batida da massa conta-se o número de golpes aplicados, para cada 15 cm de penetração do amostrador.
As diretrizes para a execução de sondagens são regidas pela NBR 6484, “Execução de Sondagens de simples reconhecimento”, a qual recomenda que, em cada teste, deve ser feita a penetração total dos 45 cm do amostrador ou até que a penetração seja inferior a 5 cm para cada 10 golpes sucessivos. A cada ensaio de SPT prossegue-se a perfuração (com o trado ou o trépano) até a profundidade do novo ensaio.
No Brasil, as empresas de sondagem estão adquirindo equipamentos com sistema hidráulico e movidos por motor a combustão, para execução do ensaio SPT, cujo amostrador é cravado no terreno por meio de martelo mecânico.
Critérios de paralisação da sondagem
O processo de perfuração, por trado ou lavagem, associado aos ensaios penetrométricos, será realizado até onde se obtiver nesses ensaios uma das seguintes condições:
1 -- Quando em 3 m sucessivos se obtiver índices de penetração maiores do que 45/15;
2 -- Quando em 4 m sucessivos forem obtidos índices de penetração entre 45/15 e 45/30;
3 -- Quando, em 5 m sucessivos, forem obtidos índices de penetração entre 45/30 e 45/45 (número de golpes/espaço penetrado pelo amostrador).
Caso a penetração seja nula dentro da precisão da medida na seqüência de 5 impactos do martelo o ensaio será interrompido, não havendo necessidade de obedecer o critério estabelecido acima.
Entretanto, ocorrendo essa situação antes de 8,00 m, a sondagem será deslocada até o máximo de quatro vezes em posições diametralmente opostas, distantes 2,
00 m da sondagem inicial.
Coleta de amostras
Na sondagem a percussão são coletadas amostras obtidas pelo amostrador e aquelas retiradas nos avanços dos furos entre um e outro ensaio de SPT, por trado ou lavagem. As amostras retiradas do amostrador devem ser acondicionadas em frascos herméticos para a manutenção da umidade natural e das suas estruturas geológicas.
As amostras de trado devem ser acondicionadas em sacos plásticos ou ordenadas nas próprias caixas de amostragem. As amostras retiradas por sedimentação da água de lavagem ou de circulação também devem ser guardadas. Elas são constituídas principalmente pela fração arenosa do solo original, pois os finos geralmente são levados pela água de circulação da sondagem.
Índice de resistência à penetração
O índice SPT foi definido por Terzaghi-Peck, que nos diz que o índice de resistência à penetração (SPT) 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 SPT obtidos dão uma indicação preliminar bastante útil da consistência (solos argilosos) ou estado de compacidade (solos arenosos) das camadas do solo investigadas. Veja a tabela abaixo:
| Índices de resistência à penetração e respectivas designações |
| Solo | Índice de Resistência à Penetração | Designação |
| Areias e sil
tes arenosos | <= 4 | Fofo |
| 5 - 10 | Pouco compacto |
| 11 - 30 | Medianamente compacto |
| 31 - 50 | Compacto |
| > 50 | Muito compacto |
| Areias e siltes argilosos | <= 2 | Muito mole |
| 3 - 4 | Mole |
| 5 - 8 | Média |
| 9 - 15 | Rija |
| 16 - 30 | Muito rija |
| > 30 | dura |
Número de furos
A NBR 8036/83 (Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios) estabelece os números de perfurações a serem feitas, em função do tamanho do edifício, conforme segue:
• No mínimo uma perfuração para cada 200m² de área da projeção em planta do edifício, até 1.200m² de área;
• Entre 1.200 m² e 2.400m² fazer uma perfuração para cada 400 m² que excederem aos 1.200 m2 iniciais;
• cima de 2.400m² o número de sondagens será fixado de acordo com o plano particular da construção.
Em quaisquer circunstâncias o número mínimo de sondagens deve ser de 2 para a área da projeção em planta do edifício até 200m², e três para área entre 200m² e 400m².
Interpretação dos resultados
Na maioria dos casos, a interpretação dos dados SPT visa a escolha do tipo das fundações, a estimativa das taxas de tensões admissíveis do terreno e uma previsão dos recalques das fundações. Assim, a empresa encarregada de fazer o ensaio fornece um relatório dos trabalhos e uma desenho esquemático de cada furo. A partir daí, cabe ao projetista interpretar os resultados para escolher o tipo de fundação ou, se ainda achar os dados inconclusivos, pedir algum ensaio mais específico.
A escolha do tipo de fundação é feita analisando os perfis das sondagens, cortes longitudinais do subsolo que passam pelos pontos sondados. A pressão admissível a ser transmitida por uma fundação direta ao solo depende da importância da obra e também da experiência acumulada na região, podendo ser estabelecida em função de índice correlacionado com a consistência ou compacidade das diversas camadas do subsolo.
O quadro abaixo apresenta uma correlação do mesmo tipo para solos coesivos, igualmente estabelecida por Terzaghi-Peck. Esta correlação entre o índice de resistência à penetração e a resistência à compressão simples é ainda menos precisa que a anterior e tem também caráter indicativo.
| Relação entre tensão admissível e número de golpes (SPT) |
| Tipo de solo | Consistência | SPT | Tensão admissível (Kg/cm²) |
| Argila | Muito mole | < 2 | < 0,25 |
| Mole | 2 a 4 | 0,25 a 0,5 |
| Média | 0,5 a 1,0 |
| Rija | 8 a 15 | 1 a 2 |
| Muito rija | 16 a 30 | 2 a 4 |
| Dura | > 30 | maior que 4 |
| Areia | Fofa | <= 4 | < 1 |
| Pouco compacta | 5 a 10 | 1 a 2 |
| Medianamente compacta | 11 a 30 | 2 a 4 |
| Compacta | 31 a 50 | 4 a 6 |
| Muito compacta | > 50 | > 6 |
Além das tabelas acima, é possível estimar a carga admissível em um solo mediante a fórmula abaixo:
Assim, por exemplo, um solo com índice SPT de 20 teria uma tensão admissível de 3,47 Kg/cm/² e outro com SPT 16 teria uma tensão admissível de 3 Kg/cm/². Mas devemos ressaltar que estes valores, tanto das tabelas quanto da fórmula acima, são muito genéricos e imprecisos. Só mesmo uma análise criteriosa da sondagem por um técnico especializado pode determinar com precisão o melhor valor para a resistência do solo.
Isto porque além do tipo de solo e sua resistência SPT, o projetista deve levar em conta outros fatores inerentes às fundações – forma, dimensões e profundidade – e ao terreno que servirá de apoio, analisando a profundidade,
nível d'água e possibilidade de recalques, além da existência de camadas mais fracas abaixo da cota de nível prevista para assentar as fundações.
Apresentação dos resultados
Os dados colhidos na sondagem são mostrados na forma de perfil individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseado na descrição dos “testemunhos”, aquelas amostras colhidas durante a perfuração. A descrição dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui:
1 -- Classificação litológica – Cor, tonalidade e dados sobre formação geológica, mineralogia, textura e tipo dos materiais.
2 -- Estado de alteração das rochas – Trata-se de um fator que faz variar extraordinariamente suas características. As descrições do grau de alteração das rochas, embora muito informativas, são até certo ponto subjetivas por se basearem normalmente na opinião do autor da classificação.
3 -- Grau de fraturamento – Uma das maneiras de avaliar o grau de fraturamento da rocha é através do número de fragmentos por metro, obtido dividindo-se o número de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.
Perfis geológicos típicos
O solo varia de região para região, dentro do próprio lote podem ocorrer variações bruscas de composição e resistência do solo, daí a importância de seguir os procedimentos normatizados para ter uma representação o mais fiel do subsolo em estudo.
Apesar desta variação, algumas regiões são bem conhecidas dos engenheiros que lidam com fundações. Vamos analisar alguns destes casos, para exemplificar como o ensaio SPT pode ser utilizado para indicar o tipo de fundação mais adequado.
| São Paulo
- Avenida Paulista -- Localizado no topo de um espigão que corta a capital do Estado de São Paulo, ou seja, num topo de montanha que, provavelmente, já foi muito mais alta na remota antiguidade. Assim, o solo já foi compactado pela natureza, sendo relativamente firme e o lençol freático fica baixo. Assim, construções menores podem usar fundação direta (sapatas) e os prédios maiores devem utilizar tubulão ou estacas, que podem ser tanto do tipo Strauss (moldada in loco), pré-moldada de concreto ou aço ou outras, especiais, para edifícios maiores. |  |
 | Santos (SP) - Orla da praia -- Este é um caso clássico na mecânica dos solos. A cidade de Santos é mundialmente conhecida pelos seus edifícios fora de prumo à beira mar. Isto ocorreu porque, na época de sua construção, utilizou-se fundações rasas apoiadas a cerca de 8 m de profundidade, onde se encontra um solo relativamente rígido (SPT 8). Entretanto, cerca de 10 m abaixo, encontra-se uma areia argilosa mutio mole, cujo SPT é 1/60, ou seja, o martelo dá uma batida e já penetra 60 cm. Muitos edifícios foram construídos sobre sapatas, isto é, com fundação rasa. Em ambos os casos, ao longo dos anos a argila vai recalcando, o solo vai cedendo e os edifícios afundam. Há casos em que os prédios desceram mais de 1 metro em relação ao nível original. Os prédios mais novos utilizam estacas mais profundas, que vão buscar o solo mais duro a mais de 27 metros de profundidade. os edifícios ficaram tortos porque não afundaram por igual, pois um prédio faz pressão sobre a fundação do vizinho, e naquele local ambos afundam mais pois existe uma pressão maior sobre o sub-solo. |
| Campinas (SP) -- Esta é um
a grande cidade do interior do Estado de São Paulo e que tem diversos tipos de solo. Sua região central já foi bastante estudada, contendo solo ideal para fundação direta ou rasa, para obras pequenas e médias, e estaqueamento para prédios maiores. Para estes últimos, o lençol freático baixo (-15m) permite escavação manual sem equipamento especial, permitindo o uso de tubulões ao invés de estacas. A existência de solo residual indica que a região já foi coberta por água em eras remotas. |  |
 | São Paulo (SP) - Cidade Universitária -- Esta região fica na margem do Rio Pinheiros, do lado oposto onde aconteceu o desmoronamento na Linha 4 da obra do Metrô no início de 2007. Trata-se de um solo instável, típico de locais que já estiveram em baixo da água por muitos milhares de anos. O solo é constituído por uma camada de aterro que repousa em cima de argila orgânica, típica de áreas pantanosas. Assim, qualquer obra de fundação nesta região precisa ser estudada com muita atenção, em geral usa-se-se fundação profunda com estacas pré-moldadas ou tubulões a ar comprimido, devido ao fato do lençol freático estar praticamente à superfície. |
Em suma...
As análise de perfil acima estão aqui apenas para ilustrar como o ensaio SPT pode ser usado para determinar o tipo de fundação e que cuidados adicionais precisam ser tomados. Não recomendamos a ninguém que utilize os parâmetros de cálculo sugeridos neste artigo sem consultar um especialista em mecânica dos solos.
Publicado em 21/05/2007 às 09:59 hs, atualizado em 28/06/2016 às 18:58 hs
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