Ensaio de Penetração Dinâmica SPT – Vantagens e Limitações

3 Novembro, 2011.

O ensaio SPT é um dos ensaios in-situ de determinação das condições mecânicas dos solos mais vulgarmente utilizados em todo o mundo. Comparativamente com outros tipos de ensaios de penetração, algumas das características que terão contribuído para este facto são as suas simplicidade operacional, rapidez de execução, recuperação de amostras de solo e baixo custo, aliadas a uma elevada experiência acumulada com a sua aplicação. Este ensaio tem, no entanto, algumas limitações importantes.

Geralmente, este ensaio é realizado de forma sistemática ao longo dos furos de sondagem, após limpeza dos mesmos, à medida que aqueles vão avançando em profundidade, habitualmente a intervalos regulares.
Em 1902, Gow apresentou um ensaio de penetração, predecessor do actual ensaio SPT. O amostrador, tal como é hoje utilizado, foi concebido por Mohr e Fletcher os quais foram também responsáveis pela primeira tentativa de padronização do teste. Contudo, foi só após a publicação em 1948 do livro “Soil Mechanics in Engineering Practice” por Terzaghi e Peck, que este teste verdadeiramente se popularizou.

O SPT está estandardizado pela norma ASTM. Esta norma consiste, basicamente, nos seguintes procedimentos:

1. Penetração, no solo do fundo do furo de sondagem, dum amostrador estandardizado, até uma profundidade máxima de 460 mm. Os primeiros 152 mm de penetração, fase de pré-cravação, têm como objectivo atingir uma zona de terreno não perturbado pelo processo de furação;

2. Determinação do número de pancadas NSPT necessárias para a penetração dos seguintes 305 mm, normalmente em duas fases de contagem, como o somatório do número de pancadas necessárias para a penetração de cada tramo de 152 mm. O número de pancadas NSPT é considerado a medida da resistência à penetração do terreno ensaiado;

3. A penetração é realizada através da pancada de um pilão de aço de 63.5 Kgf de peso, largado em queda livre, de uma altura de 760 mm, sobre um batente acoplado ao amostrador por um trem de varas metálicas também padronizadas, cuja extremidade superior se encontra acima do furo de sondagem.

Relativamente à fase de penetração do amostrador deve ter-se em atenção o seguinte:

• O amostrador deve ser descido até ao fundo do furo juntamente com o conjunto do pilão, batente e varas. Se a penetração inicial resultante do peso morto aplicado sobre o amostrador for superior a 450 mm, o teste termina e NSPT é considerado zero;

• Em caso contrário, é iniciada a fase de pré-cravação, cuja penetração total não deve exceder os 150 mm, com um máximo de 50 pancadas;

• Segue-se a fase da determinação da resistência à penetração do solo, dada pelo número de pancadas necessárias à subsequente penetração máxima de 300 mm do amostrador. O número de pancadas relativo à penetração de cada tramo de 150 mm deve ser registado, sendo o número total máximo de 50;

• Em qualquer um dos dois tramos finais de 150 mm, deve ser registado o respectivo número de pancadas, terminando o teste se aquele comprimento não for atingido com um número total máximo de pancadas igual a 50. Neste caso a profundidade atingida deve ser registada;

• A frequência de aplicação das pancadas não deve exceder 30 por minuto.

Há várias razões para NSPT ser obtido como o somatório do número de pancadas relativas à cravação de cada um dos últimos dois tramos de 150 mm referidos. Este procedimento permite detectar eventuais heterogeneidades significativas nos 300 mm da coluna de terreno directamente envolvido no ensaio, nomeadamente a existência de camadas de compacidade significativamente diferentes ou blocos de rocha soltos, além de, por vezes, a compacidade dos solos impedir a cravação para além do primeiro dos dois tramos significativos, com o número de pancadas máximo considerado. Neste último caso, é costume indicar a profundidade atingida, juntamente com o valor NSPT.
Como foi referido, a operação de cravação do amostrador é interrompida, em qualquer uma das duas fases de cravação, ao fim dum determinado número total máximo de pancadas.

Além do referido valor NSPT máximo igual a 50, são por vezes considerados outros valores, nomeadamente 100, sendo em Portugal frequentemente utilizado o valor de 60.

As amostras de solo remexido recolhidas, após remoção do amostrador, são normalmente guardadas em recipientes com as respectivas informações identificativas mais relevantes e posteriormente utilizadas em laboratório, nomeadamente em ensaios de caracterização granulométrica, determinação de teor em água e limites Atterberg.

Em solos de difícil recuperação pelo amostrador, como é o caso das areias soltas e dos solos coesos com elevado teor em água, é possível obviar este inconveniente através da utilização de lamas bentoníticas.
De qualquer forma, é de evitar a realização deste teste em terrenos que, por facilmente refluírem para dentro do tubo do amostrador, provoquem uma extensa zona de solo perturbado por baixo deste, o que impede que a fase de cravação relativa à determinação de NSPT, seja realizada em solo minimamente perturbado como é suposto que seja.

O ensaio SPT é um ensaio puramente indicativo, atendendo a que carece de formulação teórica descritiva dos fenómenos envolvidos. Também é verdade a utilidade da informação e das correlações com ele obtidas, na avaliação das características mecânicas dos maciços estudados.
O seu grau de fiabilidade depende do tipo e condições dos maciços prospectados.

A avaliação das características mecânicas de solos argilosos com base em resultados do ensaio SPT é bastante menos fiável que em solos incoerentes, podendo neste último caso ser suficiente para o dimensionamento. Os resultados do ensaio SPT podem sempre funcionar ou como um reconhecimento prévio do maciço em estudo, orientador de campanhas de prospecção posteriores, ou como meio de precisar pontualmente condições julgadas insuficientemente conhecidas em locais críticos ou deficientemente estudados.

Originalmente, este teste foi desenvolvido para o estudo de depósitos constituídos por materiais desagregados, onde se previa a colocação de estacas. Presentemente, é utilizado vulgarmente, tanto em depósitos constituídos por materiais desagregados como coesos, previamente ao dimensionamento de todo o tipo de fundações.

Como consequência da sua extensiva aplicação em diferentes tipos de solos e condições, muitas vezes em associação com outros tipos de ensaios in-situ e/ou laboratoriais, existe uma grande quantidade de dados, assim como numerosos estudos, relacionados com este ensaio.

Contudo, visto ter várias limitações e causas de erros associadas, tem sido e continua a ser alvo de muitas críticas.
Uma das suas limitações mais significativas é o reduzido volume de terreno directamente interveniente no processo de cravação do amostrador.

Algumas das causas de erros são de natureza operacional, resultantes da inobservância de cuidados e procedimentos de execução, por negligência ou dificuldade de identificação de desvios verificados.

O factor individual mais influente nos resultados do SPT é o comprimento do trem de varas de furação, ligadas ao amostrador.
A utilização de trens de varas compridos pode aumentar o resultado do ensaio de cerca de 14 pancadas, relativamente ao observado com trens de varas curtas, devido ao efeito de dissipação da energia transmitida ao amostrador através das varas, ser tanto maior quanto maior for o comprimento do conjunto.

Autor: Jorge Manuel Cabral Machado de Carvalho
Excerto Adaptado
Imagens: Consallen, McLorinan Consulting

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