Ensaio SPT - Uma aplicação

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Prospecção Geotécnica - Ensaio SPT Escola Superior de Tecnologia de Castelo Branco Rafael Pedro - Sandra Chambel 1 Índice Sumário .................................................................................... 2 Introdução ................................................................................ 3 SPT- STANDART PENETRATION TEST ............................................. 5 Diferença entre o ensaio SPT e outros ensaios .............................. 13 Cuidados e Recomendações ....................................................... 14 Limitações do ensaio ................................................................. 15 Utilização de Sistema de Informação Geográfica ........................... 17 Considerações Finais ................................................................. 22 Bibliografia .............................................................................. 23 Índice de Figuras Figura 1 Exemplo de um corte mostrando possíveis irregularidades não visíveis à superfície ................................................................... 4 Figura 2 Sondagem à percussão ...................................................... 7 Figura 3.a) Equipamentos utilizados no ensaio ...................................... 8 Figura 3.b) Equipamentos utilizados no ensaio ...................................... 9 Figura 4 Amostrador padrão SPT ................................................... 10 Figura 5 Perfil de sondagem SPT .................................................... 11 Figura 6 . Amostra recolhida de uma sondagem ..................................12 Figura 7 Imagem aérea para marcação de sondagens em cidade ........ 12 Figura 8 Boletim de sondagem ....................................................... 18 Figura 9 Mapa de sondagens regional .............................................. 19 Figura 10 Representação do método de triangulação irregular .............. 20 Figura 11 Modelo Tridimensional ...................................................... 20 Figura 12 Representação de mapas utilizando orto- imagens ................. 21

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Índice

Sumário .................................................................................... 2 Introdução ................................................................................ 3 SPT-STANDART PENETRATION TEST ............................................. 5 Diferença entre o ensaio SPT e outros ensaios .............................. 13 Cuidados e Recomendações ....................................................... 14 Limitações do ensaio ................................................................. 15 Utilização de Sistema de Informação Geográfica ........................... 17 Considerações Finais ................................................................. 22 Bibliografia .............................................................................. 23

Índice de Figuras

Figura 1 Exemplo de um corte mostrando possíveis irregularidades não

visíveis à superfície ................................................................... 4 Figura 2

Sondagem à percussão ...................................................... 7 Figura 3.a)

Equipamentos utilizados no ensaio ...................................... 8 Figura 3.b)

Equipamentos utilizados no ensaio ...................................... 9 Figura 4

Amostrador padrão SPT ................................................... 10 Figura 5

Perfil de sondagem SPT .................................................... 11 Figura 6 .

Amostra recolhida de uma sondagem ..................................12 Figura 7

Imagem aérea para marcação de sondagens em cidade ........ 12 Figura 8

Boletim de sondagem ....................................................... 18 Figura 9

Mapa de sondagens regional .............................................. 19 Figura 10

Representação do método de triangulação irregular .............. 20 Figura 11

Modelo Tridimensional ...................................................... 20 Figura 12

Representação de mapas utilizando orto- imagens ................. 21

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Sumário

Este t rabalho apresenta uma breve descrição do Ensaio SPT, algum as das suas lim itações e suas aplicações, com especial ênfase na sua aplicação em SIG – Sistema de Informação Geográfica.

O presente t rabalho baseia-se num a pesquisa efectuada na I nternet e na Biblioteca da Escola Superior de Tecnologia de Castelo Branco.

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Introdução

Desde tem pos rem otos, o Hom em serve-se do solo com o elem ento de suporte das fundações. Os m étodos em pír icos, baseados nos conhecim entos adquir idos ao longo dos tem pos sobre o com portam ento dos solos, m ost ram um a forte preocupação na busca de soluções adequadas para as fundações. Estes métodos de exploração do subsolo têm vindo a evoluir, chegando-se, nos dias de hoje, a técnicas m ais m odernas. No entanto, de todos os m étodos co-nhecidos, o m ais usual em Portugal e, prat icam ente, em todo o m undo, é o Método de Sondagem à Percussão, aliado ao Ensaio SPT (Standard Penet rat ion Test).

O solo, as fundações e a super-est rutura de um a edificação form am um conjunto, que deve ser encarado com o um todo. Para se obter um a obra está-vel, é muito importante fazer-se um reconhecimento do subsolo, visto que será este elem ento que terá que suportar a carga da obra projectada. A capacidade de carga de um solo e a deform abilidade das suas cam adas não são constan-tes, um a vez que dependem do efeito das cargas externas im postas ao solo. Quando tais deform ações forem diferenciais ao longo das fundações, serão in-t roduzidas tensões de grande intensidade, que poderão provocar o colapso do solo, bem com o inclinações e assentam entos significat ivos ao conjunto est ru-tural.

Em virtude da dificuldade de se prever a dist r ibuição real das tensões no terreno, é im portante realizar-se um conjunto de estudos geotécnicos, de for-m a a tentar ident ificar os m ateriais que const ituem o subsolo em questão. Caso não seja feito um bom programa de investigações de campo, o que acon-tece na m aioria dos casos, frustam -se as prem issas de baixo custo (Econom ia) para a realização das obras. Num dos seus t rabalhos pioneiros, sobre a explo-ração do subsolo, Mohr (1943) concluiu:

“ ( .. .) É evidente que os projectos de fundações baseados em condições desconhecidas do subsolo, assim com o especificações de serviço a serem exe-cutadas sobre m ateriais desconhecidos, são m ot ivos certos para se cr iar dis-cussões entre as partes de um contrato de obras. É incrível que um engenheiro se exponha a determinada situação, mas isto é um facto que ocorre diariamen-te.(...)”

Deste m odo, o resultado das sondagens, faculta a escolha pelo t ipo de fundação m ais adequado, e pelas exigências do seu dimensionamento ou, até mesmo, pela necessidade de estudos geológicos mais aprofundados.

Com um núm ero elevado de inform ações resultantes de sondagens SPT, nos m ais variados t ipos de solo das várias regiões existentes em Portugal, po-der-se- ia, alias dever-se- ia, construir uma base de dados, com modelos

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tridimensionais regionais e locais dos terrenos, a part ir das inform ações topo-gráficas, ut ilizando-se um Software de SI G (Sistem a de I nform ação Geotécni-ca), como por exemplo o ArcView da ESRI.

Cruzando um cadast ro das inform ações resultantes de sondagens SPT com m apas geotécnicos e topográficos, pode-se facilitar a avaliação t r idimen-sional do terreno. Este processo perm ite detectar irregularidades dos solos num plano ou em profundidade, além do que, tam bém facilita a ident ificação de out ros solos sem elhantes, ainda não invest igados, pela sim ples com paração de dados.

Figura 1 – Exemplo de um corte mostrando possíveis irregularidades não visíveis à superfície

Nesse sent ido, o planeam ento urbano das localidades deveria ser elabo-rado considerando, tam bém , a geotécnia que, at ravés dos conhecim entos de geologia aliados a ensaios laboratoriais de m ecânica dos solos, m elhora a in-form ação relat ivam ente ao uso do solo, facultando assim o t rabalho aos pro-ject istas, um a vez que lhe dá um a visão m ais am pla no que respeita aos as-pectos importantes e condicionantes das obras civis.

Desta form a, pode-se m inim izar, ou pelo m enos tentar, um dos grandes problem as do planeam ento de cidades – a form a de ocupação do espaço urba-no.

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SPT-STANDART PENETRATION TEST

A sondagem SPT é um dos procedim entos de invest igação do subsolo m ais im portantes a ser executado em qualquer obra de engenharia, m ais es-pecificamente no dimensionamento de fundações.

Ao realizar-se um ensaio deste tipo pretende-se conhecer:

O t ipo de solo at ravessado at ravés da colheita de um a am ost ra

deformada, a cada metro perfurado;

A resistência (N) oferecida pelo solo à cravação do am ost rador padrão, a cada metro perfurado;

A posição do nível ou dos níveis de água quando encont rados du-rante a perfuração. De acordo com as características do terreno e do tipo de obra determina-se a quantidade e aposição dos pontos a serem analisados.

Descrição do ensaio

O SPT (Standard Penet rat ion Test ) é um ensaio de penet ração dinâm ico que consiste em cravar no fundo de um furo de sondagem , devidam ente lim-po, um am ost rador padrão. Esta cravação é feita com o auxilio de um pilão, com 63.5 Kgf de peso, solto em queda livre a um a altura de 76.2 cm , sobre um batente que, por sua vez, está ligado a um t rem de varas, cuja ponta é o amostrador padrão.

O ensaio é composto por duas fases:

Na prim eira, o am ost rador é cravada 15 cm , registando-se o núm ero de pancadas correspondentes à profundidade de penet ração; a esta fase correspondem, por norma, solos remexidos, pelo que o valor obtido é me-ramente indicativo.

Na segunda fase, o am ost rador é cravado m ais 30 cm , sendo o resultado do ensaio SPT o número de pancadas obtido. Se após 60 pancadas, a penet ração não t iver at ingido os 30 cm , dá-se o ensaio por concluído e mede-se a penetração obtida.

Metodologia do Ensaio a. Executar o ensaio a cada m et ro, a part ir de 1,0 m de profundidade da

sondagem, ou conforme especificação da fiscalização; b. O fundo do furo deve estar devidamente limpo; c. Cravação do am ost rador, at ravés do im pacto de um pilão de 63,5 Kgf,

caindo livrem ente de um a altura de 76,2 cm sobre a com posição de has-tes;

d. O am ost rador deve ser apoiado suavem ente no fundo do furo. Em segui-da, assinalam -se a giz, na porção da haste que perm anecer fora do re-vest im ento, t rês t roços de 15 cm cada um , referidos a um ponto fixo do terreno. Posteriormente, o pilão deve ser suavemente apoiado sobre o conjunto de hastes, anotando-se a eventual penet ração observada. A penetração obtida desta forma corresponde a zero golpes;

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e. Iniciar-se a cravação do am ost rador at ravés da queda livre do pilão.

Cada queda do pilão corresponde a 1 golpe, e serão aplicados tantos golpes quantos forem necessários à cravação de 30 cm do am ost rador, atendendo que nunca se devem exceder as 60 pancadas. Deve ser ano-tado o número de golpes e a penetração em centímetros para a cravação de cada terço do am ost rador. Caso ocorram penet rações superiores a 15 cm , estas devem ser anotadas, não se fazendo aproxim ações. Após o térm ino de cada ensaio SPT, prossegue-se a sondagem em pregando o trado, até a profundidade do novo ensaio;

f. O valor da resistência à penet ração (N) consiste no núm ero de golpes necessários à cravação dos 30 cm finais do amostrador;

g. A cravação do am ost rador deve ser interrom pida quando se obt iver pe-netração inferior a 5cm após dez golpes consecut ivos, não se com putan-do os cinco prim eiros golpes do teste, ou quando o núm ero de golpes ul-t rapassar 60 num m esm o ensaio. Nestas condições, o m aterial será con-siderado im penet rável ao SPT, devendo ser anotados o núm ero de gol-pes e a penetração respectiva.

h. As inform ações obt idas no ensaio devem ser t ranscritas para o bolet im de sondagem.

i. Este procedim ento é repet ido de m et ro em m et ro: ret ira-se o am ost ra-dor, avança-se a perfuração até ao próximo metro e volta-se a colocá- lo, depois de lim po, apoiado no fundo do furo, sem at r ito lateral, para a próxim a m edição. Qualquer out ra form a de execução é errada e pode al-terar consideravelmente os valores encontrados.

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Figura 2 - Sondagem à percussão

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Figura 3.a) e b) – Equipamentos utilizados no Ensaio

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De referir tam bém que devem estar no local de ensaio, diversas ferram en-tas e utensílios, de ent re os quais pode-se referir : luvas de aço galvanizado, alim entador de água, chaves de grifo, m et ro, recipientes herm ét icos para am ost ras, parafina, sacos plást icos t ransparentes de alta resistência, et iquetas para identificação e piézometro.

Analisando os perfis de sondagem , o engenheiro ou técnico de fundações, tendo um conhecimento bem o tipo de obra que se pretende no local em ques-tão, poderá decidir o t ipo de fundação adequada, assim com o a profundidade onde a parte mais baixa da fundação ficará assentada.

PERFIL DE SONDAGEM

N.A. --------->

25/07/1999

SPT

6

9

12

14

18

20

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LOCAL DA OBRA: PONTO N0

DATA: VISTO: CREA N0

Figura 5 – Perfil de Sondagem SPT

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Figura 6 – Amostra recolhida de uma sondagem

Figura 7 – Imagem aérea para marcação de sondagens em cidade

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Diferença entre o ensaio de SPT o outros ensaios

Dependendo do problem a em causa, o geotécnico decide qual o t ipo de ensaio adequado.

Para projectos recomenda-se o ensaio estát ico de penet rôm et ro CPT(u) , por fornecer parâm et ros de resistência do solo e por fornecer a poropressão, parâm et ro fundamental em cálculos de cam adas abaixo de lençóis freát icos. A resolução da ident ificação das cam adas do CPT(u) é superior à de out ras son-dagens, nomeadamente a sondagem SPT.

Em obras com curto prazo, o DPL, penet rôm et ro dinâm ico, por ser cons-t ituído por um a máquina de dim ensões reduzidas, logo fácil de m obilizar, é o m ais aconselhável. É operado por duas pessoas e além de ident ificar as cama-das do solo e colectar am ost ras, tam bém fornece a resistência, MPa, das ca-madas.

No que se refere ao reconhecimento do solo ou ao dimensionamento por método semiempírico, o SPT, devido ao facto de ser uma sondagem rotativa e trado, é a mais indicada.

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Cuidados e Recomendações

Escolher em presas idóneas, especializadas em análise de solos e

de comprovada capacidade técnica;

Fazer a interacção ent re o project ista est rutural, o project ista das

fundações e a empresa executora para determinação do n.º de pontos a serem sondados e sua locação no terreno, em função do porte da obra e das cargas previstas;

Fornecer esta locação dos pontos em planta, com indicação da Referência de Nível (RN) utilizada para todos os projectos da obra;

Devido às variações pluvim ét r icas, dependendo da época do ano, pedir a instalação de tubos de PVC em alguns furos de sondagem para medi-ções periódicas do N.F., pr incipalm ente se o tem po ent re a execução dos mesmos e o início da obra for prolongado;

O n.º de furos, deve ser o indicado segundo a norma, mas não se deve fazer apenas um a sondagem em obras com área menor, pois não conse-gue-se t raçar um perfil do subsolo. O bom senso deve prevalecer, podendo-se aum entar ou dim inuir o n.º de furos previstos, de acordo com a análise dos primeiros resultados;

Desconfiar de em presas que executam grandes m et ragens diari-am ente, pois a produção m édia por equipe, obedecendo-se as norm as e pro-cedimentos vigentes.

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Limitações do ensaio

Este ensaio só deve ser considerado válido quando realizado sobre terreno não perturbado pela abertura do furo de sondagem . Existem porém terrenos em que isso é quase im possível de conseguir. Com o é o caso de areias com o nível freát ico m uito baixo, visto que o solo reflui para o interior do tubo de sondagem . É de se esperar, por isso, que os ensaios realizados em solo incoe-sivos forneçam resultados dúbios, m esm o no ensaio em causa estejam a ser utilizadas lamas betonitícas.

É tam bém necessário ter em conta a energia da pancada que se t ransm ite ao longo das varas, visto esta energia ser absorvida em parte pelo percursor, m as também se dissipa, tanto m ais quanto maior for o com primento do con-junto de varas. Considera-se tam bém que a r igidez das varas afecta a resis-tência à penetração, pois no caso de varas muito esbeltas, estas varejam sob a acção dos golpes.

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SPT com medida de torque (SPT-T)

Em Geotécnia, os métodos de previsão da capacidade de carga de esta-cas mais divulgados utilizam o índice de resistência à penetração NSPT, e foram propostos por Aoki e Velloso (1975) e por Décourt e Quaresma (1978).

A técnica mais difundida é a de equipar o SPT com um torquímetro, que permite obter, imediatamente após a medida do índice de resistência à pene-tração NSPT, o momento torsor necessário para girar o amostrador padrão, permitindo calcular o atrito, por adesão, entre a parede externa do amostrador e o solo. Assim, anulam-se grande parte dos erros na obtenção do N do SPT ou NSPT, obtendo-se dados de resistência à penetração do amostrador mais segu-ros na previsão dos métodos de capacidade de carga já consagrados, baseados no NSPT.

Através da introdução desta medida no ensaio SPT surgiu o SPT-T (Ran-zini, 1988; 1994), assegurando mais confiança à previsão de capacidade de carga em estacas, melhorando a classificação do solo investigado. As medidas de torque máximo e mínimo são realizadas à medida que a sondagem decorre, ou seja, para cada medida de N tem-se as medidas de torque associadas.

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Ut ilização de Sistem a de I nform ação Geográfica (SIG)

A ocupação do solo por parte do Hom em , tem sido efectuada de um m odo desordenado, não se dando a m enor im portância às propriedades geótecnicas dos m esm os. Esse facto é evidenciado pela ausência de um planeam ento ur-bano, definido em planos directores que tenham em consideração tais aspec-tos.

A associação de inform ações geotécnicas, desde resultados de ensaios a m apas geoténicos, proporciona um excelente entendim ento do com portamento das unidades est im adas, além do que serve com o verificação das ext rapola-ções de secretária.

Nesse sent ido, a cartografia geotécnica tem tentado representar, grafi-cam ente, as lim itações e as potencialidades do m eio físico frente às interven-ções antrópicas.

O uso de Sistem as de I nform ação Geográfica (SI G) , que visam facilitar a m anipulação e a integração rápida de grandes volum es de dados georreferen-ciados, é hoje um a ferram enta poderosa para a geração de m apas geotécni-cos.

O uso e desenvolvim ento de sistem as para gerir inform ações geográficas é chamado de geoprocessamento.

Estes m odelos auxiliam na visualização geral da área, apenas com os te-mas (layers) que interessam ao usuário.

Num program a de SI G, juntam ente com cada m ascara, pode anexar-se um a tabela que, no conjunto dessas, form a um a base de dados. Esta base de dados é um conjunto de inform ações que estão relacionadas a um tópico ou propósito em particular.

O uso de um a base de dados integrada a um Sistem a de I nform ações Geo-técnicas (SIG) permite o armazenamento e a análise mais eficaz de um grande volum e de dados descrit ivos, que const ituem os at r ibutos pertencentes feições constantes nos diversos layers ou planos de inform ações de um projecto no SIG.

As vantagens de ut ilizar um a bases de dados para arm azenam ento de in-form ações são ent re out ras, a consulta por parâm et ros isolados ou com bina-dos, m anipulação num érica dos dados, visualização "directa" dos resultados dos ensaios nos localizados nos mapas, etc.

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Metodologia

Após se proceder a um a colecta de bolet ins de sondagens ( figura 8) , o pró-xim o passo deverá ser a elaboração de um a base de dados com as informa-ções do valor de resistência à penet ração "N", de m et ro em m et ro, nível da água e classificação das amostras, localização das sondagens.

A localização das sondagens no mapa inicia-se com a marcação expedita de pontos no m apa do local. Para o refinam ento da localização devem ser realiza-das visitas aos locais duvidosos, ut ilizando preferencialm ente equipam ento GPS para obtenção das coordenadas.

Figura 8 – Boletim de Sondagem

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No program a de CAD, AutoCAD 2000 da AutoDesk, Software bastante popular ent re project istas e engenheiros, realiza-se o m apa geotécnico, este tem que ser com pat ível com o program a de SI G ut ilizado. Um Software de SI G por exemplo é o ArcView da ESRI, também este muito popular por entre a comuni-dade Geóloga e Topográfica. Então, basta adicionar o arquivo de CAD no ambi-ente do program a de SI G e escolher quais t ipos de inform ação a ser im porta-das, linhas, pontos, polígonos ou texto e todas elas poderão ser visualizadas, separadam ente ou em conjunto. Tal com o no AutoCAD a inform ação é apre-sentada em layers separados, para poder-se trabalhar com elas.

Figura 9 – Mapa de sondagens regional

A base de dados pode estar ligada a qualquer objecto inserido no m apa, seja ele um polígono, um ponto, um texto ou um a linha. Juntam ente com os polígonos das unidades geotécnicas, deve inserir-se um a pequena base de da-dos constando o nom e e a área de cada unidade. Nos pontos onde foram reali-zadas sondagens SPT, anexa-se a base de dados com as informações extraídas dos bolet ins de sondagens. Desta form a poder-se-á a qualquer altura aceder às inform ações do ensaio "on- line" sem se recorrer a out ros arquivos de regis-to, externos ao SIG.

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Figura 10 - Representação do método de triangulação irregular

Figura 11 – Modelo Tridimensional (Curva de Nível)

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O SI G perm ite também fazer m apas ut ilizando orto- im agens, que depois de t ratadas, elabo-ram m apas das áreas em estudo. Sem pre com as inform ações disponíveis a qualquer altura. De notar que podem os ter qualquer t ipo de informação, tais como PDM's, PP, etc. .

Figura 12 – Representação de mapas utilizando orto- imagens

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Considerações Finais

Qualquer que seja o porte da obra, a sondagem à percussão com SPT é a responsável pela escolha do t ipo de fundação que será projectado, o que signi-fica influência directa nos padrões de Segurança, Qualidade e Economia.

A grande vantagem de localizar num mapa geotécnico, uma base de dados de sondagens SPT, é a possibilidade de comparação do tipo de solo em que ela se enquadra pelo m apa e suas característ icas indicadas pela sondagem . O ter-reno fica mais representado em superfície mas, também em profundidade.

A m odelagem t r idim ensional da área em estudo, perm ite um a melhor visu-alização do relevo, podendo assim analisar a ocorrência dos diversos t ipos de solo conforme a morfologia do terreno.

Portanto esta base de dados pode est im ar o t ipo de fundação a ser usada. Ent retanto com o o solo varia de um ponto para out ro, é sem pre necessário a execução de sondagens em projectos de fundações.

Se os Municípios processassem desta forma o seu volume de informação, m elhoravam significat ivam ente a qualidade das const ruções nas suas áreas de influência. Em bora o custo inicial de adaptação deste m odelo seja desencora-jador, as vantagem subjacentes a ele, são bastante compensatórias e óbvias. Para além de que depois as ent idades com petentes poderiam recolher de cada um a destas as inform ações que depois de processada perm ite const ruir m apas geotécnicos de âmbito regional e nacional.

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Bibliografia

"Fundações Directas Correntes. Recomendações - E217-1968" - Edições do LNEC

"Prospecção Geotécnica de Terrenos. Colheita de Amostras - E218 - 1968" - Edições LNEC

"Prospecção Geotécnica de Terrenos. Vocabulário - E219 - 1968" - Edições LNEC

"Prospecção Geotécnica de Terrenos. Simbologia – E220 – 1968” - Edições do LNEC

"As Cartas Geológicas ao serviço do desenvolvimento" - José Almeida Rebelo, Instituto Geológico e Mineiro - Min. da Economia

"Apontamentos Teórico-práticos sobre Prospecção Geotécnica" - Docente da cadeira, Prof. Luís Manuel Ferreira Gomes 2002-2003 EST CaGeo (Costa Brito Geólogos Associados Ltda.)- Url em http://www.cageo.com.br/serv.htm

"Monitoramento de Movimentações Verticais em Edificações" de Alysson Rodri-go Andrade Fabiano Ventur Santos Prof. Cláudio C. Zimmermann - Url em http://www.cageo.com.br/serv.htm

"Proposta metodologia de uma base de dados geotécnica para o uso em Sis-temas de Informações Geográficas (SIG) e a sua aplicação" de António Luís Valente - FURG, RIO GRANDE, BRASIL - Url em http://www.revistatpec.hpg.com.br/art10_n1.pdf

AÇÃO ENGENHARIA - Url em http://www.acaoengenharia.com.br/servicos.htm

Geo-Rumo - Url em http://www.geo-rumo.com/SPT.htm

BALBINO FUNDAÇÕES - Url em http://www.balbino.com.br/sondagem.htm