Guia de Fundações e Sondagem de Solo SPT

Fundação é o elemento ou peça de uma estrutura responsável por transmitir as cargas da estrutura para o terreno, devendo essa transmissão ser feita de forma adequada, ou seja, sem gerar problemas para a estrutura. O dimensionamento de uma fundação deve compreender o dimensionamento estrutural e, principalmente, o dimensionamento geotécnico.

Fundação superficial (ou rasa, ou, ainda, “direta”): Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação.

Bloco: Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura.

Sapata: Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.

Sapata corrida: Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento. A sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente às vezes é chamada de baldrame. A sapata sujeita à ação de pilares ao longo de um mesmo alinhamento também é conhecida como viga de fundação.

Sapata associada: Elemento de fundação superficial que recebe parte dos pilares da obra, o que a difere dos radiers, pilares estes não alinhados, o que a difere da sapata corrida tipo viga de fundação.

Radier: Elemento de fundação superficial que recebe todos os pilares da obra.

Fundação profunda: Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e, no mínimo, 3,0 m. Neste tipo de fundação incluem-se principalmente as estacas e os tubulões.

Estaca: Elemento de fundação executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores.

Tubulão: Elemento de fundação profunda, escavado no terreno em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta.

Recalque: Movimento vertical descendente de uma fundação. Quando o deslocamento é para cima, denomina-se levantamento.

Os recalques de uma fundação podem ser classificados em:

1. Recalque absoluto – é o recalque de uma fundação, ou ainda, de um ponto de uma fundação (no caso de fundações de grandes dimensões);
2. Recalque diferencial – é a diferença entre dois recalques absolutos (de duas fundações ou de dois pontos de uma mesma fundação, no caso de fundações de grandes dimensões);
3. Recalque distorcional (ou distorção angular, ou, ainda, recalque diferencial específico) – é a razão entre o recalque diferencial e a distância horizontal correspondente.

Os principais danos observados em edifícios relacionados a problemas de fundação são:

1. Danos arquitetônicos:
   • Estéticos;
   • Funcionais;
2. Danos estruturais.

Os recalques absolutos estão relacionados a danos estéticos e funcionais.

Os recalques diferenciais podem estar associados tanto aos danos estruturais (através dos recalques distorcionais) como aos estéticos e funcionais.

Os recalques distorcionais estão fundamentalmente relacionados aos danos estruturais, uma vez que estes geralmente estão associados à questão da flexão das peças da estrutura.

Determinação do nível d’água

A perfuração com trado é mantida até ser atingido o nível d’água, ou seja, até que se perceba o surgimento de água no interior da perfuração ou no tubo de revestimento. Quando isto ocorre, registra-se a cota do nível d’água e interrompe-se a operação, aguardando-se para determinar se o nível d’água se mantém na cota atingida ou se ele se eleva no tubo de revestimento. Se isto ocorrer, é indicação de que a água estava sob pressão. Aguarda-se o nível d’água ficar em equilíbrio e registra-se a nova cota. A diferença entre esta e a cota em que foi encontrada a água indica a pressão a que está submetido o lençol.

Perfuração abaixo do nível d’água

Após atingir o nível d’água, a perfuração pode prosseguir com a técnica de circulação de água, também conhecida como percussão e lavagem. Uma bomba d’água motorizada injeta água na extremidade inferior do furo, através de uma haste de menor diâmetro, por dentro do tubo de revestimento. Na extremidade desta, existe um trépano com ponta afiada e com dois orifícios pelos quais a água sai com pressão.

A haste interna é repetidamente levantada e deixada cair de cerca de 30 cm do fundo do furo. A sua queda é acompanhada de movimentos de rotação alternados (vai-e-vem), aplicados manualmente pelo operador. Estas ações provocam o destorroamento do solo no fundo da perfuração. Simultaneamente, a água injetada pelos orifícios do trépano ajuda a desagregação e, ao retornar à superfície, transporta as partículas de solo que foram desagregadas. De metro em metro, ou sempre que se detectar alteração do solo pelos detritos carreados pela água de circulação, a operação é suspensa e realiza-se uma amostragem. O material em suspensão trazido pela lavagem não permite boa classificação do solo, mas mudanças acentuadas do tipo de solo são detectáveis.

Ensaio de Resistência à Penetração – SPT

Durante a amostragem, são anotados os números de golpes do martelo necessários para cravar cada trecho de 15 cm do amostrador. Desprezam-se os dados referentes ao primeiro trecho de 15 cm e define-se resistência à penetração como sendo o número de golpes necessários para cravar 30 cm do amostrador, após aqueles primeiros 15 cm.

A resistência à penetração é também referida como o número N do SPT (N_SPT) ou, simplesmente, SPT do solo, sendo SPT as iniciais de “Standard Penetration Test”.

Quando o solo é tão fraco que a aplicação do primeiro golpe do martelo leva a uma penetração superior a 45 cm, o resultado da cravação deve ser expresso pela relação deste golpe com a respectiva penetração. Quando, só de encostar o martelo na cabeça de bater, leva a uma penetração superior a 45 cm, o resultado da cravação deve ser expresso colocando-se o zero seguido da respectiva penetração. Em função da resistência à penetração, o estado do solo é classificado pela compacidade, quando areia ou silte arenoso, ou pela consistência, quando argila ou silte argiloso. As classificações, fruto da experiência acumulada, dependem da energia efetivamente aplicada ao barrilete amostrador, consequente da maneira como o martelo é acionado. Este procedimento é um pouco diferente conforme o país. No Brasil, adotam-se as classificações apresentadas nas tabelas 1 e 2, a seguir, de acordo com as prescrições da NBR 6484 da ABNT.

Tabela 1: Determinação da compacidade dos solos a partir do N_SPT, conforme a NBR 6484 da ABNT

Tabela 2: Determinação da consistência dos solos a partir do N_SPT, conforme a NBR 6484 da ABNT

Critérios de Paralisação

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

1. Em qualquer dos três segmentos de 15 cm, o número de golpes ultrapassar 30;
2. Um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação; e
3. Não se observar avanço do amostrador padrão durante a aplicação de 5 golpes sucessivos do martelo.

Caso esta situação ocorra antes da profundidade estimada para atendimento do projeto, a sondagem deve ser deslocada, no mínimo, 2 vezes para posições diametralmente opostas, a 2,0 m da sondagem inicial, ou conforme orientação do cliente ou seu preposto.

Da Perfuração da Sondagem a Percussão

O processo de perfuração por circulação de água, associado aos ensaios penetrométricos, deve ser utilizado até onde se obtiver, nesses ensaios, uma das seguintes condições:

1. Quando, em 3,0 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador padrão;
2. Quando, em 4,0 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador padrão; e
3. Quando, em 5,0 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45 cm do amostrador padrão.

Dependendo do tipo de obra, das cargas a serem transmitidas às fundações e da natureza do subsolo, admite-se a paralisação da sondagem em solos de menor resistência à penetração do que aquela discriminada anteriormente, desde que haja uma justificativa geotécnica ou solicitação do cliente.

A sondagem também deve ser dada por encerrada quando, no ensaio de avanço da perfuração por circulação de água, realizado após não se observar avanço do amostrador padrão durante a aplicação de 5 golpes sucessivos do martelo, e que deve ter duração de 30 minutos, forem obtidos avanços inferiores a 50 mm em cada período de 10 minutos ou quando, após a realização de quatro ensaios consecutivos, não for alcançada a profundidade de execução do SPT.

Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento para Fundações de Edifícios (NBR 8036 da ABNT)

Número e Locação das Sondagens

O número de sondagens e a sua localização em planta dependem do tipo da estrutura, de suas características especiais e das condições geológico-geotécnicas do subsolo. O número de sondagens deve ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo.

As sondagens devem ser, no mínimo, de uma para cada 200 m² de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m² de área. Entre 1200 m² e 2400 m², deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m² que excederem de 1200 m². Acima de 2400 m², o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o plano particular da construção. Em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens deve ser:

1. Dois, para área da projeção em planta do edifício até 200 m²;
2. Três, para área entre 200 m² e 400 m².

Nos casos em que não houver ainda disposição em planta dos edifícios, como nos estudos de viabilidade ou de escolha de local, o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um mínimo de três sondagens.

As sondagens devem ser localizadas em planta e obedecer às seguintes regras gerais:

1. Na fase de estudos preliminares ou de planejamento do empreendimento, as sondagens devem ser igualmente distribuídas em toda a área; na fase de projeto, as sondagens podem ser localizadas de acordo com critério específico que leve em conta pormenores estruturais;
2. Quando o número de sondagens for superior a três, elas não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento.

Profundidade das Sondagens

A profundidade a ser explorada pelas sondagens de simples reconhecimento, para efeito do projeto geotécnico, é função do tipo de edifício, das características particulares de sua estrutura, das condições geotécnicas e topográficas locais, dentre outros fatores.

A exploração deve ser levada a profundidades tais que incluam todas as camadas impróprias ou que sejam questionáveis como apoio de fundações, de tal forma que não venham a prejudicar a estabilidade e o comportamento estrutural ou funcional do edifício. Quando uma sondagem atingir camada de solo de compacidade ou consistência elevada, e as condições geológicas locais mostrarem não haver possibilidade de se atingirem camadas menos consistentes ou compactas, pode-se parar a sondagem naquela camada.

Quando a sondagem atingir rocha ou camada impenetrável à percussão, subjacente a solo adequado ao suporte da fundação, a sondagem pode ser nela interrompida. Nos casos de fundações de importância, ou quando as camadas superiores de solo não forem adequadas ao suporte, aconselha-se a verificação da natureza e da continuidade da camada impenetrável. Nestes casos, a profundidade mínima a investigar é de 5,0 m.

Na determinação da profundidade das sondagens, é importante o conhecimento do bulbo de tensões, que corresponde à região limitada pela isóbara de 10% da tensão vertical aplicada no terreno imediatamente abaixo da fundação, sendo esta a região do terreno mais influenciada pelo carregamento aplicado. No caso de sapata quadrada (ou circular), o bulbo de tensões atinge uma profundidade da ordem de duas vezes a menor dimensão em planta da fundação (B), a partir de sua base. No entanto, à medida que a relação L/B (sendo L a maior dimensão em planta da fundação) cresce, o bulbo atinge profundidades maiores. A tabela 3, a seguir, fornece os valores de α (de acordo com BARATA, 1984), sendo αB a profundidade atingida pelo bulbo de tensões, a partir da base da sapata.

OBS: Caso haja solo mole abaixo da isóbara de 10% da tensão vertical aplicada no terreno imediatamente abaixo da fundação, esta camada deverá ser considerada no dimensionamento das fundações, pois, nesta camada, mesmo acréscimos de tensões inferiores a 10% podem provocar recalques significativos, do tipo lento.