O que é um ensaio SPT?

Ensaio SPT, ou ensaio de sondagem simples à percussão, é um dentre vários métodos de obtenção do perfil geotécnico de um solo. No entanto, destaca-se dos seus equivalentes pela praticidade e precisão de resultados levando em conta o seu custo de aplicação. Ou seja, o melhor custo benefício na maioria dos casos de construções residenciais dentro da engenharia civil, sendo o método mais utilizado no país.

SPT é a sigla na língua inglesa para Standard Penetration Test, traduzido como “Teste Padrão de Penetração”, cujo procedimento e índice calculado (N_SPT) busca estabelecer uma relação entre o número de golpes aplicados sobre um amostrador (N) e a resistência do solo em questão. 

Desse modo, é possível, através de uma análise táctil e visual, identificar as características do solo quanto à sua granulometria, plasticidade, cor e origem (solos residuais, transportados ou aterros), devidamente ordenadas de acordo com a profundidade. Além disso, nesse tipo de sondagem, eventualmente determina-se a localização do nível de água subterrânea quando esta se encontra no terreno.

Uma vez traçadas as características do solo com a sondagem SPT, bem como o arranjo de suas camadas, visto que o ensaio é realizado em diferentes profundidades, esboça-se o perfil geológico-geotécnico do terreno, responsável por fornecer informações essenciais para a elaboração de um projeto. A partir destas informações obtidas, o engenheiro responsável é capaz de especificar e dimensionar as fundações da obra, evitando diversos problemas como veremos a seguir.

Por que fazer um ensaio SPT?

Um ensaio SPT, assim como os outros métodos de sondagem, tem como objetivo primordial a definição do perfil geotécnico do terreno. Dessa maneira, o ensaio permite a caracterização das diferentes camadas do solo, além de definir suas respectivas profundidades e espessuras. 

Os solos são um arranjo de partículas minerais ou orgânicas onde encontram-se diferentes proporções de ar e água, sendo possível classificá-lo basicamente em quatro tipos: areia, silte, argila e rocha. 

A distinção entre as três primeiras relaciona-se com o tamanho das partículas que os compõem, possuindo a areia a maior granulometria, em contraposição à argila, a qual possui a menor dentre as três. A partir dessa granulometria, as propriedades dos solos se divergem. Desse modo, o solo arenoso é altamente permeável à água; em oposição, o solo argiloso é muito pouco permeável.

O silte localiza-se entre esses dois tipos, possuindo uma granulometria nem tão grande para ser areia, nem tão pequena para ser argila, variando em propriedades entre os dois tipos, podendo ser mais próximo da areia ou o inverso, da argila. 

Já a rocha é um agregado mineral sólido e robusto, impermeável e possui excepcional resistência.  

Dessa forma, entende-se que o solo possui uma vasta diversidade, tanto de características, quanto de distribuição. Logo, sabendo que essas duas informações são intrinsecamente relacionadas à sua resistência, ambas tornam-se cruciais para o desenvolvimento de um projeto seguro em questões estruturais, principalmente o dimensionamento e seleção do tipo de fundação apropriada. 

Nesse sentido, é extremamente importante que seja realizado o estudo de sondagem SPT e o traçado geotécnico do solo, a fim de garantir comodidade e segurança às pessoas que irão usufruir do espaço construído.

4 benefícios do ensaio SPT?

• Custo Benefício

Em relação aos seus equivalentes, a sondagem SPT possui um alto grau de precisão na definição do perfil geotécnico em relação ao seu custo de execução, sendo este definido pelo número necessário de sondagens. Possui praticidade e é extremamente utilizado em construções pequenas residências devido a essas características;

• Projeto e fundações

Utilizando-se dos resultados do ensaio SPT para o traçado do perfil geotécnico do solo, é possível calcular as melhores soluções em fundações para o projeto, visto que o tipo de solo e sua distribuição interferem amplamente sobre as bases estruturais das construções. Além disso, com tal estudo, pode-se conceber projetos hidráulicos e sanitários de maior eficiência;

• Segurança e problemas posteriores

Com um projeto assertivo proporcionado pelo estudo de sondagem SPT, há maior precisão no dimensionamento adequado da estrutura do edifício. Dessa forma, evita-se um comprometimento da estrutura, como trincas causadas por recalque de fundação, proporcionando segurança às pessoas que circulam pela obra e evitando problemas futuros.

• Consumo de materiais

Ao realizar-se uma obra com um projeto bem executado, garante-se a determinação dos materiais em medida adequada. Caso contrário, o pior cenário do solo seria utilizado como referência, resultando no superdimensionamento dos elementos estruturais de fundação. Desse modo, o ensaio SPT preserva a obra de desperdícios de materiais e gastos desnecessários, além de outras eventualidades.

Como fazer o ensaio SPT?

A realização do ensaio SPT é normatizada pela NBR 6484:2020, a qual especifica e regulariza seus procedimentos, assim como a composição e caracterização de seus equipamentos, e pela NBR 8036:1983, responsável por regulamentar a programação de sondagens de simples reconhecimento de acordo com as áreas de construção.

Inicialmente, tratando do equipamento para a execução do ensaio, este é constituído de uma torre (usualmente um tripé) no qual é possível alcançar seu ponto mais alto, onde está presa uma roldana percorrida por uma corda atada a um peso, conhecido como martelo, de 65 kg. Tal peso encontra-se guiado por uma haste acima de uma cabeça de bater, responsável por receber as cargas para a cravação do amostrador padrão (barrilete), no qual serão recolhidas as amostras. 

Ademais, o martelo deve ser erguido a uma altura de 75 cm para a aplicação dos golpes, podendo este processo ser efetuado manualmente ou mecanizado, apresentando o último maior acurácia. A imagem a seguir é uma representação do sistema.

Com a estrutura montada e antes de iniciarem-se as cravações, deve-se retirar o primeiro metro escavado com um trado conha ou helicoidal devido à grande concentração de matéria orgânica presente nesse metro inicial. Em seguida, a sondagem SPT efetivamente principia seu serviço,  contabilizando-se o número de golpes necessários para a cravação do amostrado padrão nos primeiros 45 cm segmentados em partes de 15 cm a partir do metro inicial, sendo o índice N_SPT a soma de golpes para a cravação dos últimos 30 cm. Após isso, escava-se com o trado helicoidal os 55 cm restantes até se atingir o próximo metro de profundidade, repetindo-se o procedimento até a profundidade definida pelo responsável técnico e as necessidades do projeto, ou até que seja atingido um dos critérios de paralisação previsto na NBR 6484:2020. 

O trado helicoidal é, por via de regra, utilizado para os avanços (escavações de 55 cm posteriores ao ensaio) até que se atinja o lençol freático, ou nos casos onde o solo não seja aderente ao trado, ou ainda quando o solo se torna impenetrável a esse equipamento — em norma isto se dá quando o avanço é inferior a 5 cm depois de 10 min de operação. Tendo ocorrido alguma das situações acima, altera-se a perfuração para método de circulação de água, utilizando-se do trépano/peça de lavagem, onde o material será removido com o auxílio de uma bomba d’água motorizada. Esse método possui particularidades a respeito do seu funcionamento e procedimentos padrão descritas mais detalhadamente em norma (NBR 6484:2020).

É importante ressaltar o emprego de tubos de revestimento, os quais serão encarregados de conter o solo ao redor do furo escavado para a realização do ensaio. Além disso, após cada cravação do tubo de amostragem, são recolhidas amostras deformadas do solo — pois estas sofrem compressão dentro do tubo, gerando variações na quantidade de água e ar presentes no solo original — que devem ser imediatamente acondicionadas em recipientes herméticos a fim de enviá-las a um laboratório para uma análise precisa. 

Paralisação da cravação

A respeito da cravação do amostrador-padrão, esta é interrompida antes dos 45 cm nas seguintes situações (o ensaio SPT continua):

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

Quando a cravação for interrompida, o resultado deve ser escrito como a relação entre N número de golpes aplicados e a respectiva profundidade atingida. Caso com um único golpe a penetração ultrapasse os 45 cm, deve-se anotar a relação deste golpe e a metragem alcançada. Da mesma maneira, pode ocorrer que apenas com o peso do amostrador, da haste e do martelo, haja penetração do solo sem a efetuação de um golpe. Para cada uma das possibilidades compreendidas, segue a tabela que as especifica, bem como o modo de escrita do resultado a ser adotado.

Paralisação da sondagem

A paralisação do ensaio de sondagem de simples reconhecimento (SPT) ocorre segundo critérios estabelecidos pelos responsáveis técnicos, alinhados às necessidades do projeto. Quando não há especificação de tal critério, as sondagens devem continuar até que ocorra algum dos critérios a seguir:

1. avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 10 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 25 golpes; 
2. avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 8 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 30 golpes;  
3. avanço da sondagem até a profundidade na qual tenham sido obtidos 6 m de resultados consecutivos indicando N iguais ou superiores a 35 golpes.

Outra situação digna de ressalva é, se porventura, ocorrer a situação “se o amostrador-padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo” descrita anteriormente na “Paralisação da cravação”. Nesse caso, deve-se retirar o amostrador-padrão e iniciar um avanço com o trépano de lavagem, operando por 30 min e registrando os resultados a cada 10 min. Se os avanços com o trépano forem inferiores a 5 cm em cada período de 10 min, o ensaio deve ser encerrado. Havendo necessidade de estudo devido ao escopo e determinação do projeto, recomenda-se o uso do método de perfuração rotativa.

Ainda dada tal circunstância antes dos 3 m de profundidade, o ensaio deve ser deslocado, no mínimo, para duas direções diametralmente opostas a 2 m do ensaio inicial. Esse procedimento é realizado pois, em situações como essa, pode significar a presença de matacões, resultando em análises equivocadas no traçado geotécnico do terreno e, consequentemente, erros no projeto, comprometendo a segurança da estrutura.

Observação do nível do lençol freático

Notada a presença de água durante o trabalho com o trado, deve-se interromper a perfuração a fim de se observar e anotar a posição do nível d’água. Sempre que ocorrer interrupção na sondagem, a anotação do nível d’água deve ser feita tanto no início quanto no final. Após o término da sondagem, rebaixa-se o máximo possível o nível da coluna d’água interna com o auxílio do baldinho. 

Além disso, de acordo com a norma, decorridas, ao menos, 12 h do término da sondagem SPT e retirado o tubo de revestimento, estando o furo não obstruído, deve se indicar o nível d’água no furo de perfuração, assim como a profundidade na qual o furo permanece aberto.       

Classificação das amostras

As amostras coletadas devem ser submetidas a exames visuais e táteis, identificando-as, ao menos, quanto à sua granulometria, plasticidade, coloração e origem. Após a devida ordenação das amostras, seguem-se os ensaios de tato, distinguindo solos grossos (areias e pedregulhos) dos solos finos (argilas e siltes), consistindo esse teste em uma simples fricção da amostra entre os dedos; e visuais, o qual verifica a granulometria (grãos visíveis ou não). Tratando-se mais detalhadamente dessa identificação das características do solo, segundo a norma, “as argilas se distinguem dos siltes pela plasticidade, quando possuem umidade suficiente, e pela resistência coesiva, quando secas ao ar” e pode-se, ainda, subdividir as areias em grossas, médias e finas de acordo com sua graduação. A tabela a seguir apresenta a classificação das amostras segundo o N_SPT.

 Número e Planejamento de Sondagens

O número de sondagens e localização são definidos de acordo com as exigências do projeto, levando em consideração o perfil geotécnico do subsolo, o tipo de estrutura a ser projetada e suas características especiais. A partir disso, o número mínimo de sondagens SPT é aquele que proporciona o quadro geológico-geotécnico mais assertivo do terreno em estudo e a NBR 8036:1983 estabelece algumas condições mínimas para isso:

1. dois para área da projeção em planta do edifício até 200 m²; 
2. três para área entre 200 m² e 400 m²;
3. uma para cada 200 m² de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m² de área;
4. Entre 1200 m² e 2400 m² deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m² que excederem de 1200 m²; 
5.  Acima de 2400 m² o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o plano particular da construção.

Caso não haja planta de edificação, a exemplo em estudos de viabilidade, deve-se realizar, no mínimo, três sondagens com distanciamento máximo de 100 m entre elas. 

Além disso, a localização das sondagens em situações nas quais há planta de edificação deve ser distribuída igualitariamente sobre a área, tendo em vista as particularidades estruturais do projeto; quando o número de sondagens for superior a três, estas não devem estar dispostas sobre um mesmo alinhamento.

Profundidade a ser explorada

A profundidade a ser explorada depende das características de cada construção, em particular do tipo de estrutura, de modo que se obtenha o quadro mais confiável possível da estratigrafia local. Em norma, as sondagens devem ser realizadas até profundidades onde a solicitação das cargas estruturais sobre o solo já não sejam consideráveis-profundidade onde o acréscimo de pressão no solo, devida às cargas estruturais aplicadas, for menor do que 10% da pressão geostática efetiva (NBR 8036:1983).

Outrossim, quando a sondagem, a partir das condições geológicas locais, atingir camadas de solo de resistência elevada, e não houver possibilidade de que as suas subsequentes apresentem resistências inferiores, pode-se parar a sondagem. 

Boletins de sondagem

Ao final de cada sondagem SPT deve ser emitido um boletim técnico com os resultados obtidos, devendo este conter basicamente o diagrama da distribuição das camadas do solo, a profundidade onde foi encontrado o nível de água, uma descrição das camadas identificadas e seus respectivos índices de resistência à penetração N_SPT. Vale ressaltar que há a validação destes resultados com os testes executados nas amostras em laboratório. Além disso, devem ser acrescentadas a esses boletins técnicos outras informações jurídicas e projetuais especificadas na NBR 6484:2020. A seguir encontra-se um exemplo.

Como podemos ajudar?

A EESC jr. é uma empresa que já está a mais de 30 anos no mercado trabalhando em projetos de engenharia civil. Realizamos todos os tipos de projeto para garantir a segurança e comodidade de sua família. O ensaio SPT é apenas um de nossos passos para entregar projetos completos e com tecnologia avançada. Quer projetar a casa dos seus sonhos? Marque uma reunião sem compromisso agora mesmo!!

Texto escrito por João Vítor Ferreira de Oliveira, Consultor do Núcleo de Engenharia Civil e Arquitetura da EESC jr. – Empresa Júnior de Engenharia e Arquitetura da USP São Carlos.