Execução de ensaio de sondagem a percussão (SPT)

Como saber se o solo tem resistência suficiente?

O ensaio de sondagem a percussão é, de longe, o ensaio mais comum em obras de engenharia. Seja para pequenas casas ou para grandes edificações, é fundamental conhecer o solo e suas características – afinal, é ele que irá sustentar a construção!

Esse ensaio, também chamado de ensaio de penetração padrão (SPT, na sigla em inglês), é extremamente simples, e tem o objetivo de determinar o índice N. Esse índice representa a resistência à penetração do solo, e é dado pelo número de golpes responsáveis pela cravação do amostrador em 30 cm de solo, após a cravação prévia de 15 cm, utilizando-se martelo de 65 kg de massa.

O método de execução do ensaio de SPT e de apresentação de seus resultados é dado pela NBR 6484:2020 (que foi recentemente atualizada e foi tema em nosso Instagram!). Assim, o artigo de hoje explicará como fazer o ensaio de penetração padrão (SPT), segundo as definições dessa norma!

Equipamentos

Para realização do ensaio de sondagem manual  são necessários os seguintes equipamentos:

  • Torre com roldana, moitão e corda;
  • Tubos de revestimento;
  • Hastes de perfuração/cravação;
  • Trado-concha ou cavadeira manual;
  • Trado helicoidal;
  • Trépano/peça de lavagem;
  • Amostrador padrão;
  • Cabeça de bater;
  • Martelo padronizado;
  • Baldinho para esgotar o furo;
  • Medidor de nível de água;
  • Metro de balcão ou trena;
  • Recipientes para amostras;
  • Bomba d’água centrífuga motorizada;
  • Caixa d’água ou tambor com divisória interna para decantação;
  • Ferramentas gerais necessárias para a operação.

Procedimento – Sistema Manual

Locação de furos

A locação dos furos de sondagem é representada em planta, na qual deve constar a referência de nível (RN), com cota preferencialmente georreferenciada, adotada para o nivelamento dos pontos de sondagem. 

Na ausência de dados sobre a RN, adota-se uma RN arbitrária – guia, calçada etc. Além disso, a planta de locação deve ser fornecida pelo contratante.

Para a locação dos pontos, cada sondagem deve ser marcada e identificada com a cravação de um piquete, servindo de referência de nível para a execução da sondagem e posterior determinação de cota por meio de nivelamento topográfico. 

Perfuração

O processo de perfuração é a etapa do ensaio responsável por alcançar as cotas de amostragem. O ensaio SPT é realizado nos primeiros 45 cm de cada metro de perfuração, portanto, após realizada a amostragem, perfuram-se os 55 cm restantes para alcançar a próxima cota de ensaio.

O procedimento de perfuração em um ensaio de sondagem SPT deve ser iniciado com o emprego do trado-concha ou cavadeira manual até a profundidade de 1 m, seguindo-se a instalação do primeiro segmento do tubo de revestimento dotado de sapata cortante até essa profundidade.

Nas operações subsequentes de perfuração, intercaladas às de ensaio e amostragem, deve ser utilizado o trado helicoidal até ser atingido o nível do lençol freático, ou quando a perfuração for inferior a 50 mm após 10 min de operação.

Chegando no nível do lençol, passa-se ao método de perfuração por circulação de água, também chamado de lavagem. Nesse método utiliza-se o trépano ou peça de lavagem.

A operação em si consiste na elevação e queda do conjunto de perfuração a uma altura de 30 cm do fundo do furo, realizando também, durante a operação, movimentos de rotação alternados (vai-vem). Durante a operação de perfuração o material escavado é retirado por meio da circulação de água.

À medida que o trépano for se aproximando da cota de ensaio e amostragem, recomenda-se que a altura de elevação seja progressivamente diminuída.

Quando for alcançada a cota de amostragem, o conjunto de perfuração deve ser suspenso a uma altura de 20 cm do fundo do furo, mantendo-se a circulação de água,  para que todos os detritos da perfuração sejam removidos do interior do furo.

Ao longo do processo de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável, devem ser adotadas medidas que assegurem a estabilização do solo na cota de ensaio. Para isso, pode ser realizado o uso de tubo de revestimento, fluido de estabilização como lama bentonítica, polímeros ou similares.

Alguns cuidados importantes desta etapa são anotar as profundidades das transições de camadas detectadas e manter o nível d’água no interior do furo em cota igual ou superior à cota do nível do lençol freático para evitar o fluxo de solo para dentro do furo! 

Amostragem e SPT

Para a amostragem, deve-se coletar uma parte representativa do solo colhido durante a perfuração até 1 m de profundidade, procurando identificar a espessura da camada com presença significativa de raízes quando for o caso.

A cada metro de perfuração, a partir de 1 m de profundidade, devem ser colhidas amostras dos solos por meio do amostrador-padrão, com execução do SPT. Esse amostrador, conectado à composição de cravação, deve descer livremente no furo de sondagem até ficar apoiado no fundo, devendo-se confrontar a profundidade correspondente com a que foi medida na operação anterior.

Após o posicionamento do amostrador-padrão, coloca-se a cabeça de bater e, utilizando-se o tubo de revestimento como referência (ou outro referencial), marca-se na haste um comprimento de 45 cm divididos em três segmentos iguais de 15 cm

Em seguida, deve-se apoiar cuidadosamente o martelo e registrar o avanço estático.

Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm, deve-se realizar a cravação do amostrador-padrão até completar os 45 cm de penetração por meio de impactos sucessivos do martelo padronizado, anotando-se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada segmento de 15 cm do amostrador-padrão.

A elevação do martelo deve ser até a altura de 75 cm, marcada na haste-guia. Os eixos longitudinais do martelo e da composição de cravação com amostrador devem ser rigorosamente coincidentes.

Quando a cravação atingir 45 cm, o índice de resistência à penetração N é expresso como a soma do número de golpes requeridos para a segunda e a terceira etapas de penetração de 15 cm, adotando-se os números obtidos nestas etapas mesmo quando a penetração não tiver sido de exatos 15 cm.

A cravação do amostrador-padrão, nos 45 cm previstos para a realização do SPT, deve ser contínua e sem aplicação de qualquer movimento de rotação nas hastes.

A cravação do amostrador-padrão é interrompida antes dos 45 cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações:

a) se em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30; b) se o amostrador-padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo.

As apresentações das penetrações do amostrador devem seguir os exemplos da tabela abaixo.

Tabela com as relações de número de golpe e penetração

As amostras colhidas devem ser imediatamente acondicionadas em recipientes herméticos e de dimensões tais que permitam receber pelo menos um cilindro de solo colhido do bico do amostrador-padrão.

Quando houver mudança de camada junto à cota de execução do SPT ou quando a quantidade de solo proveniente do bico do amostrador-padrão for insuficiente para sua classificação, recomenda-se também o armazenamento de amostras colhidas do corpo do amostrador-padrão. Quando não houver recuperação de amostra pelo amostrador-padrão, deve-se anotar no relatório.

Cada recipiente de amostra deve ser provido de uma etiqueta, na qual, escrita com tinta indelével, deve constar o seguinte:

a) designação ou número do trabalho;

b) local da obra;

c) número da sondagem;

d) número da amostra;

e) profundidade da amostra;

f) número de golpes e respectivas penetrações do amostrador.

Os recipientes das amostras devem ser acondicionados em caixas ou sacos, impedindo a mistura de amostras distintas, nos quais devem conter a designação do trabalho e o número da sondagem.

As amostras devem estar permanentemente protegidas de sol e chuva e devem ser conservadas pela empresa executora, à disposição do contratante, por um período mínimo de 60 dias, a contar da data da apresentação do relatório.

Critérios de paralisação

Os processos de perfuração e de amostragem são repetidos continuamente, porém, existem critérios de paralisação do ensaio em um furo. Tais critérios foram uma das principais mudanças na versão 2020 da NBR 6484!

Segundo a NBR 6484:2020, esses critérios podem ser definidos pelo contratante do serviço – por exemplo, interromper após a perfuração de 10 m -, ou podem ser adotados os critérios previstos em norma. Tais critérios determinam que a sondagem continue até a profundidade na qual tenham sido obtidos:

  • 10 m consecutivos de N ≥ 25
  • 8 m consecutivos de N ≥ 30
  • 6 m consecutivos de N ≥ 35

Além disso, a sondagem deve ser encerrada, quando for realizada a perfuração por circulação de água, se forem obtidos avanços menores que 50 mm a cada 10 min. Em tal caso, considera-se que a camada é impenetrável ao trépano. Se ainda assim houver necessidade técnica de investigar profundidades maiores neste ensaio, deverá ser realizada a sondagem por perfuração rotativa.

Um ponto importante para a paralisação é que, caso algum dos critérios seja alcançado antes de 3 m de profundidade, o ensaio é interrompido naquele furo e deve ser deslocado para pelo menos duas outras posições diametralmente opostas, distantes 2 m da perfuração original. Essa medida é importante para garantir que a camada é realmente resistente – e não apenas um “matacão”, ou seja, um sólido rochoso pontual.                                                                                         

Identificação das amostras

Além dos valores do índice N, o relatório da sondagem deve apresentar informações de granulometria, plasticidade, cor e origem de cada profundidade do solo.

A primeira distinção do solo é feita quanto à granulometria, a fim de identificar os solos grossos (pedregulhos e areias) e finos (siltes e argilas). Pelo tato já é possível perceber que os solos grossos são ásperos e os finos macios!

Solos com predominância de grãos:

Tamanho dos grãos (mm)Tipo de solo
> 2Pedregulho
Areia grossa
0,5Areia média
0,1Areia fina
<0,1Siltes ou argilas*

*Os siltes se diferenciam das argilas pela plasticidade.

A nomenclatura das amostras deve ser dada conforme até três frações de solo, por exemplo, argila silto-arenosa.Indica-se também a cor, até duas cores, com complementação de claro ou escuro. 

Quanto à origem o solo pode ser: residual (indicar rocha de origem), transportado (coluvionar, aluvionar, fluvial ou marinho) ou de aterro.

A Tabela A.1 da NBR 6484:2020 traz a relação do tipo de solo com o índice N e seu grau de compacidade e consistência.

Tabela de classificação dos solos quanto a resistência a penetração.

Exemplos de relatórios estão ilustrados abaixo.

Exemplo de relatório de sondagem SPT

Para ler mais!

NBR 6484:2020 – Sondagem de simples reconhecimento com SPT

2 comentários sobre “Execução de ensaio de sondagem a percussão (SPT)

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