Investigação geológico-geotécnica do subsolo para projeto de fundações

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Fundações – capítulo 2: Investigação geológico-geotécnica do subsolo para projeto de fundações 
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2- INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DO SUBSOLO PARA PROJETO DE FUNDAÇÕES 
 
2.1- investigação geológico-geotécnica 
 
O subsolo pode ser constituído por: solo, rocha, rejeitos, aterros. 
A primeira tarefa que se deve realizar quando se precisa conhecer as características do subsolo é executar um levantamento 
de escritório para reconhecimento geológico-geotécnico da área: mapas, fotos áreas ou multiespectrais, trabalhos já realizados. 
Só depois disso, é que se deve partir para a execução de ensaios de campo e laboratório para caracterização do subsolo. 
O objetivo de uma investigação geológico-geotécnica é fornecer o quadro da variabilidade (espacial, características 
geomecânicas) das camadas do subsolo. 
A definição do tipo e quantidade de ensaios dependem das peculiaridades da obra e das características do subsolo 
 
Exemplos de ensaios de campo que podem ser realizados para determinação das propriedades do subsolo: 
 
- sondagens a trado (NBR9603), poços e trincheiras (NBR9604), sondagens SPT (NBR6484), sondagens rotativas, sondagens 
especiais para coleta de amostras indeformadas (NBR9820) 
- penetração do cone CPT (NBR12069) 
- ensaio de palheta (vane-test) in situ (NBR10905) 
- ensaio pressiométrico; ensaio dilatométrico 
- permeabilidade in situ 
- geofísico: GPR(ground penetrating radar) – eletro-resistividade 
- provas de carga (NBR6489, NBR12131, NBR13208) 
 
Exemplos de ensaios de laboratório que podem ser realizados para determinação das propriedades do subsolo: 
- caracterização (granulometria, limites de consistência, índices físicos), resistência, deformabilidade, permeabilidade, 
colapsibilidade, expansibilidade, análises físico-químicas 
 
É sempre bom lembrar que as sondagens SPT são indispensáveis: em nenhum caso ensaios complementares devem substituí-las. 
(NBR6122/2010 item 4.3). Além disso, a visita ao local da obra também é indispensável. 
 
 
2.2- programação de sondagem SPT para projeto de fundações: NBR 8036/1983 
 
a- fase de ante-projeto (estudos preliminares e planejamento do empreendimento) 
 
número e localização: depende área da projeção do edifício em planta 
 
- até 200m2 : duas sondagens 
- 200 a 400m2 : três 
- até 1200m2 : uma sondagem para cada 200m2 
- 1200 a 2400m2 : uma sondagem para cada 400m2 que exceder os 1200m2 
- acima de 2400m2: depende do plano de construção 
 
- quando ainda não há definição da área: sondagens distantes no máximo 100m, mínimo de 3 sondagens, distribuídas 
em toda a área (e desalinhadas) 
 
profundidade das sondagens: depende peculiaridades obra e subsolo 
 
- verificar profundidade do bulbo de tensões proveniente da obra 
- verificar presença de camadas impróprias para apoio das fundações 
- verificar critério de paralisação do SPT (NBR6484) 
 
b- fase de projeto e para estruturas especiais: investigações complementares que dependem das cargas e tipo de subsolo 
 
 
2.3- Sondagem de Simples Reconhecimento (SPT): NBR6484/2001: Standard Penetration Test (SPT): 
 
Esse ensaio tem sido utilizado desde anos 30 (1930). É o mais popular e mais econômico dos ensaios disponíveis para 
caracterização do subsolo. É também o mais usado para projeto de fundações. 
 
Fundações – capítulo 2: Investigação geológico-geotécnica do subsolo para projeto de fundações 
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Objetivos 
- determinação do tipo de solo e suas respectivas profundidades 
- posição do nível de água 
- índice de resistência a penetração (NSPT) a cada metro 
 
princípio: 
- perfuração do solo e cravação dinâmica de um amostrador-padrão a cada metro 
-N SPT = número de golpes necessários para cravar 30cm últimos do amostrador padrão 
 
Equipamentos: 
- Tripé com roldana, corda de sisal; conjunto de hastes de perfuração e cravação ; martelo (65kg); cabeça de bater; 
martelo saca-tubos; amostrador padrão; tubos de revestimento; sistema de perfuração: trados (cavadeira ou concha, helicoidal 
ou espiral), trépano de lavagem, bomba de recalque, tubos para circulação de água ; etc 
 
Principais etapas ou procedimentos do sensaio: 
 locação adequada do furo 
 perfuração do solo: trados cavadeira e helicoida (ou espiral)l, trépano de lavagem 
 cravação dinâmica do amostrador-padrão, SPT 
 amostragem: coletar amostras na fase de perfuração e no amostrador 
 paralisação: impenetrável à percussão ou ao trépano 
 
a- locação do furo 
 
- posição da boca do furo em relação ao nível de referência (RN) e a outros elementos fixos do terreno; posicionamento 
horizontal do furo 
 
b- perfuração (escavação ou avanço) 
 
utilizando trado cavadeira ou helicoidal 
- trado cavadeira até 1m, instalar tubo revestimento (sapata cortante) 
- demais operações de avanço: trado helicoidal até atingir NA 
- trado não pode ser cravado ou empurrado, tem que escavar 
- se após 10 min de escavação com trado penetração < 5cm ou quando solo não adere ao trado, usar escavação com lavagem 
(item 6.2.4) 
- objetivo: manter limpeza do furo e não perturbar o solo 
 
Perfuração (ou escavação) por circulação de água: 
- trépano de lavagem: material é removido pela circulação de água no sistema (com uso bomba de água) 
- movimentos trépano: subida, queda no fundo, rotação manual 
- Na cota de amostragem: trépano mantido a 20cm do fundo do furo, circulação de água até sair todos detritos 
- paredes do furo instável: descer tubo de revestimento 
- anotar profundidades transições das camadas, por exame visual-táctil 
- anotar posição do conjunto hastes e trado ou trépano antes do início da amostragem ( erro max 1cm) 
 
c- amostragem e SPT 
 
- coletar amostras de solo durante processo de perfuração (escavação com trado) a cada metro 
- coletar a cada metro amostras com o amostrador-padrão 
- conjunto haste e amostrador-padrão: descer livre até fundo do furo, se necessário limpar novamente furo, tolerância 2cm p/ 
profundidade 
- posicionado o amostrador, colocar cabeça de bater, marcar haste com giz a cada 15cm, usar como referência o tubo de 
revestimento 
- apoiar suavemente o martelo sobre cabeça de bater verificando se ocorre descida do amostrador 
- iniciar a cravação do amostrador até completar 45cm de penetração: impactos sucessivos do martelo (65kg) em queda livre, 
altura 75cm 
- anotar número de golpes para penetrar cada trecho de 15cm 
- elevação do martelo: com corda de sisal (=19 a 25mm) encaixada com folga na roldana 
- cuidados especiais: verticalidade da haste do martelo e das hastes de cravação, queda livre do martelo 
- na prática: nem sempre se consegue penetração exata de 15cm, então anotar a distância penetrada. 
Exemplo: 3/17 4/14 5/15 
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- amostras de solo: acondicionadas em recipientes herméticos, coletadas no bico do amostrador padrão, etiquetadas, 
protegidas em caixas e colocadas ao abrigo do sol e chuva 
- se não houver recuperação de amostras, anotar no relatório 
 
d- critérios de paralisação 
 
- impenetrabilidade à percussão 
- em 3m sucessivos: 30 golpes para penetração do amostrador nos 15cm iniciais 
- em 4m sucessivos: 50 golpes para penetração nos 30cm iniciais 
- em 5m sucessivos: 50 golpes para penetração nos 45cm 
- anotar no relatório impenetrável à percussão- impenetrabilidade ao trépano 
- se não houver penetração do amostrador em 5 golpes: retirar amostrador, executar avanço por perfuração com água por 
30minutos, registrar valor avançado pelo trépano a cada 10 minutos 
- sondagem encerrada: avanço <5cm em cada período de 10min 
- anotar no relatório a impenetrável ao trépano 
 
- paralisação da sondagem em solos de menor resistência: somente com justificativa geotécnica ou solicitação do 
cliente 
 
- impenetrabilidade antes da profundidade estimada para atendimento do projeto: deslocar sondagem no mínimo 2 vezes para 
posições diametralmente opostas, distantes 2m da sondagem inicial, para identificar presença ou não de matacão 
- se houver necessidade de continuar sondagem a maiores profundidades: usar sondagem rotativa 
 
e- observação do NA 
 
- atenção constante na etapa de perfuração com trado: aumento da umidade do solo, presença de trecho molhado do trado 
- interromper perfuração e observar a elevação do NA no furo efetuando-se leituras a cada 5minutos, durante 15 minutos 
- verificar e anotar presença de artesianismo, lençóis freáticos independentes e intercalados 
- após 12h do encerramento da sondagem e retirada do tubo de revestimento: verificação da posição do NA e da profundidade 
até onde o furo permanece aberto 
 
f- identificação de amostras e elaboração do perfil geológico-geotécnico de sondagem 
 
- caracterização das amostras: granulometria (ver escala adotada), plasticidade, cor (ver permitidas), origem (residual, 
transportado, aterros) 
- ordenar amostras pela profundidade, separá-las em grupos semelhantes 
- caracterização visual e táctil: solos grossos e finos 
- classificação com no máximo 3 frações (ideal 2 frações). Exceto para presença de pedregulhos, concreções, matéria orgânica 
- evidenciar a presença de mica (material micáceo) 
 
detalhes sobre equipamentos 
- tubo revestimento: aço, interno = 63,5mm, comp. 1 ou 2m, luvas 
- hastes de perfuração e cravação: aço, interno = 25mm, peso 32N/m, roscas e luvas em bom estado, conjunto retilíneo, 
segmentos 1 ou 2m 
- amostrador-padrão: externo = 50mm, interno = 35mm; cabeça com saída de água/ar e esfera de aço; corpo retilíneo, bi-partido 
ou não; Sapata ou bico sem ondulação, rebordo 
- cabeça de bater: tarugo de aço com 83mm diâmetro, 90mm altura, peso 3,5 a 4kg 
- martelo de 65kg: massa de ferro de forma prismática ou cilíndrica com coxim de madeira dura encaixado na parte inferior . 
Há 2 tipos de martelo: maciço ou vazado 
- haste-guia do martelo: retilínea e perpendicular a superfície que recebe o impacto 
 
outras recomendações: 
 
- se ocorrer interrupção da sondagem: medir posição do NA, profundidade aberta do furo, posição do tubo de revestimento 
- anotar uso de condições diferentes da NBR 6484: sistema mecanizado de queda martelo, cabo de aço, tipo de haste e 
martelo, não uso de coxim de madeira, uso de lama de estabilização das paredes do furo 
- outros detalhes relatório de campo, relatório final: ver NBR 
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vantagens e desvantagens (limitações) do SPT 
 
- simplicidade do equipamento, baixo custo, obtenção valor numérico muito usado em projetos de fundações, experiência 
acumulada de uso 
- apesar de normalizado, freqüentemente se verifica o uso de outros tipos de procedimentos e equipamentos 
- experiência do operador também altera resultados dos ensaios 
- existem algumas diferenças da NBR com ASTM (norma americana) e outras (outras países) 
 
recomendações e tendências 
 
- apesar das limitações é o tipo de investigação mais utilizado na prática da engenharia de fundações 
necessidades atuais: 
- exigir uso padronizado de equipamentos e procedimentos 
- treinamento e supervisão permanente do pessoal envolvido no ensaio 
- incorporação novos conhecimentos: medida da energia transmitida 
cuidados especiais: 
- verificar adequabilidade do uso dos resultados do SPT para determinar parâmetros de resistência (coesão, ângulo de atrito), 
capacidade de carga e recalques dos solos. O uso de correlações e equações empíricas deve ser regionalizado e baseado em 
grande número de ensaios de laboratório e provas de carga. 
 
 
2.3.1- avaliação da eficiência da energia usada no SPT 
 
- no Brasil: sistema manual  eficiência 70% da energia nominal 
63 a 83% da energia nominal (Belincanta, 1998) 
- fatores influentes: uso (ou ausência) da cabeça de bater e coxim de madeira, acionamento com corda de sisal ou cabo de aço, 
com ou sem roldana, tipo de martelo usado, etc 
- na Europa e EUA: sistema mecanizado  eficiência 60% E.N. 
 
2.3.2- uso dos resultados do SPT na engenharia de fundações 
 
-métodos diretos de estimativa da capacidade de carga de fundações: 
- tensões admissíveis ou tensão resistente de projeto (taxa de trabalho do solo) para fundações diretas; 
- capacidade de carga lateral e capacidade de ponta para fundações indiretas 
- estimativa de recalques 
- estimativa de parâmetros geotécnicos com base em correlações de diversos autores: 
- densidade relativa (Dr), ângulo de atrito (), resistência não drenada (Su), tensão de pré-adensamento (’a) , 
coeficiente de Poisson (μ), módulo de elasticidade (E) 
 
- cuidado especial com o uso dessas correlações: são de origem empírica para condições particulares e específicas, 
expressas pelos autores 
 
 
2.3.3- sondagem SPT-T 
 
- sugestão de Ranzini (1988), no Brasil: desenvolvido por Decourt e Quaresma Filho 
- uso: Alonso (1994) – correlação com atrito lateral em estacas 
- medida do torque executada no final de cada penetração SPT 
- equipamentos: torquímetro (80kgf. m), disco centralizador, pino adaptador, chave-soquete 
- antes da retirada do amostrador, retirar cabeça de bater, colocar disco centralizador e pino, adaptar chave-soquete ao pino 
- acoplar torquímetro à chave, iniciar movimento de rotação usando o torquímetro como braço de alavanca, mantendo a 
posição horizontal 
- outro operador deve ler o valor máximo obtido no torquímetro 
- índice de torque  TR = torque (kgf . m) / NSPT 
- Neq = T/12 T = torque (kN.m) (Decourt, 1991), Neq = NSPT 
 
 
 
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Figura – Tipos de trado utilizados na fase de perfuração da sondagem SPT. Fonte: Bueno & Vilar, 1984 
 
 
Figura – Representação esquemática de sondagem SPT na fase de perfuração com circulação de água 
Fonte BUENO & VILAR, 1984 
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Figura – Representação esquemática dos equipamentos da fase de perfuração com circulação de água na sondagem SPT. Fonte: 
LIMA, 1979. Lembrar que a NBR 6484/2001 recomenda uso de corda de sisal e não de cabo de aço. 
 
 
 
Figura - Representação esquemática de uma sondagem SPT na fase de cravação do amostrador padrão. 
Fonte: SCHNAID, 2000 
 
 
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Figura - Características do amostrador da sondagem SPT. Fonte: SCHNAID, 2000. 
 
 
 
 
 
 
Figura – Amostrador usado na sondagem SPT. Fonte: Bueno & Vilar,1984 
 
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Figura- Esquema de martelo de furo central usado na fase de cravação do amostrador da sondagem SPT. Fonte: Bueno& Vilar, 
1984 
 
 
Foto – Sondagem SPT na fase de cravação do amostrador 
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Foto- Equipamentos usados na sondagem SPT: amostrador, cabeça de bater, tubo de revestimento, trépano, haste usada na 
perfuração e cravação 
 
 
Foto- Equipamentos usados na sondagem SPT na fase de cescavação com circulação de água. 
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Relação de vídeos disponíveis na internet: 
 http://youtu.be/yRoBXfrA9sw Mahakorn University of Technology, Tailândia 
 http://youtu.be/xcNlDdcF8Hc vídeo na Índia ou Tailândia? 
 http://www.youtube.com/watch?v=OV52Z6-uIJk Técnica medida NA com “PIU” 
 http://youtu.be/Fml7LWA809U execução do SPT com equipamento mecanizado 
 
 
 
 
2.4- ensaio de penetração estática do cone (CPT) – Cone Penetration test 
 
- inventado em 1930, no Brasil desenvolvimento na década de 1990 
- muito usado: subsolos com argilas moles, problemas ambientais 
- padronizado NBR 12069/1991 e ASTM 
 
- princípio: cravação de uma ponteira cônica a uma velocidade constante de 20mm/s 
 
- medidas executadas: resistência de ponta (qc), atrito lateral (fs), resistência total (Rt) 
 
- ponteira cônica: ápice 60 graus, área 10cm2, medida de qc 
- luva de atrito: medida de fs (150cm
2 área lateral) 
 
- cone mecânico: medida mecânica dos esforços qc e Rt 
- cone elétrico: medida direta de qc e fs através de células de carga 
- piezocone: medida direta qc e fs por células de carga 
medida u (poropressão ) por transdutor de pressão 
 
- cone mecânico: ponteira acionada por sistema de hastes internas 
 
- equipamento de cravação: estrutura de reação, sistema de aplicação de cargas, sistema de aquisição de dados 
 
- estrutura ou sistema de reação: peso próprio do caminhão, utilitário, reboque (10 a 20tf) e ancoragem no terreno 
 
- sistema de aplicação de cargas: mecânico ou hidráulico fornece esforços para avanço contínuo ou incremental das hastes 
internas (1m cada), tubos externos, ponteira 
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- sistema de aquisição de dados: automáticos com conversor analógico/digital, computador 
 
- registrar valor da resistência a cada 20cm de avanço da ponteira (mínimo) 
 
- ensaio CPTU ou piezocone: 
- medida de u: pedra porosa ligada a um transdutor de poropressão, geralmente colocada logo em seguida da ponteira 
 
Exemplos de resultados 
 
 cone mecânico: resistência total Rt = fs + qc (Lima, 1979) 
 
 
cone elétrico: razão de atrito Rf = fs / qc 
 
- local: Florianópolis (fonte: Schnaid, 2000) 
- objetivo: verificar estratigrafia do subsolo 
- necessidade: procurar jazida de areia para aterro 
- camadas de areia: qc elevado e Rf baixo 
- camadas de argila: qc baixo e Rf elevado (acima de 5%) 
- ábaco para classificação do tipo de solo 
 
Resultados CPT: 
 Areias: qc elevado (10 a 20 MPa) e Rf baixo (~1%) 
 Argilas: bx qc e elevado Rf (>5%) 
 
Resultados CPTU: 
 qt = qc corrigido (medida qc é influenciada pela poropressão) 
 f1 = fs corrigido 
 uo= pressão hidrostática 
 u2= excesso de poropressão gerada pela cravação do cone 
 u ~ qt para camada argila (15m de espessura) 
 u = u2 – u0 ~0 para camada de areia (identificação de camada drenante com poucos centímetros de 
espessura) 
 Bq usado para classificação solos 
 
 
 
- vantagens 
- menor influência do operador 
- registro contínuo de resistência de ponta, atrito lateral, poro-pressão 
- não há amolgamento do solo 
- desvantagens: não há amostragem do solo, custo atual 4xSPT 
 
- correlação com propriedades mecânicas dos solos (cuidado, deve ser regionalizada) 
 
- métodos diretos:tensão admissível em fundações diretas e capacidade de carga lateral e de ponta em fundações indiretas 
- métodos indiretos: estimativa de parâmetros geotécnicos ângulo de atrito (), densidade relativa (Dr), razão de sobre-
adensamento (OCR), coeficiente de adensamento (cv), resistência não drenada (Su), módulo de elasticidade (E) 
 
novos equipamentos 
-aproveitam robustez, rapidez, baixo custo do piezocone 
- cone sísmico, cone óptico, cone pressiométrico 
- cone ambiental: medida de temperatura, resistividade elétrica, permeabilidade 
 
SITES INTERESSANTES SOBRE O CPT E CPTU: 
 www.geotech.eu http://www.youtube.com/watch?v=WWlOoIEAU8A 
 http://www.youtube.com/watch?v=SPyZvY4OZAE www.damascopenna.com.br 
,
0
02
vt
q
q
uu
B



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Figura – Representação esquemática de equipamento CPT mecânico. Fonte: LIMA, 1979 
 
 
Figura- Representação esquemática de cone mecânico. Fonte: LIMA, 1979 
 
 
 
 
 
 
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Figura – Representação esquemática de outro tipo de cone mecânico. Fonte: LIMA,1979 
 
 
 
 
 
Figura – Exemplo de resultado de ensaio CPT mecânico. Fonte: LIMA, 1979 
 
 
 
 
 
 
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Figura – Cone elétrico do ensaio CPTU. Fonte: SCHNAID, 2000 
 
 
 
 
 
 
 
Figura- Sistema de cravação do cone. Fonte: SCHNAID, 2000 
 
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Figura- Exemplo de resultado de ensaio CPT elétrico. Fonte: SCHNAID, 2000. 
 
 
Fonte: SCHNAID, 2000 
 
 
 
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Fonte: SCNAID, 2000. 
 
 
Fonte: SCNAID, 2000. 
 
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Figura – Representação esquemática de ensaio CPTU associado a ensaio pressiométrico. 
Fonte; SCHNAID, 2000 
 
Fonte: SCHNAID, 2000 
 
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Figura: caminhão contendo equipamento completo de ensaio CPTU(piezocone). 
Fonte: UBC (University of Britsh Columbia – Vancouver- Canadá) 
 
 
 
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Figura – Sistema de aquisição de dados e cravação do ensaio CPTU 
Fonte: UBC – Vancouver – Canadá 
 
 
Figura – Detalhe do sistema eletrônico do piezocone 
Fonte: UBC – Vancouver – Canadá