GEO ENSAIOS

O Standard Penetration Test (SPT)  segue sendo,  a quase um século, o ensaio geotécnico mais difundido no Brasil e no mundo. Sua simplicidade, baixo custo e ampla base de correlações empíricas explicam sua popularidade. Contudo, sua maior fragilidade também é conhecida: a variabilidade da energia efetivamente transmitida ao amostrador.

Essa energia, responsável por definir o índice NSPT, sofre influência de inúmeros fatores: tipo e sistema de acionamento do martelo,  atrito entre a polia e o sistema de içamento do peso (corda ou cabo de aço), comprimento e rigidez das hastes, massa da cabeça de bater e até mesmo a habilidade do operador (Cavalcante & Danziger, 2002). Em condições práticas, a eficiência (η) pode variar de 30% a mais de 80% da energia teórica, comprometendo a comparabilidade dos resultados.

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Fundamentos Teóricos

 

A energia teórica (Et) liberada no SPT é dada por:

Et=m⋅g⋅h

onde:

• m=65 kg (massa do martelo),

• h=0,75 m (altura normativa de queda),

• g=9,81 m/s2.

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O resultado é aproximadamente 478 J.

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Entretanto, como demonstrado por Meira (2002), apenas parte dessa energia chega efetivamente ao amostrador. O impacto gera uma onda de compressão que se propaga ao longo da haste com velocidade de aproximadamente 5100 m/s, sofrendo reflexões e perdas ao longo do trajeto.

Estudos experimentais recentes (Luza et al., 2024) comprovaram que a altura de queda real supera frequentemente a normativa (75 cm), chegando a valores médios de 87 a 91 cm, com consequente aumento da energia potencial e dispersão da energia cinética transmitida. Esse desvio, comum em sistemas manuais, reforça a necessidade da instrumentação e de métodos de monitoramento em tempo real.

Três métodos de cálculo da energia dinâmica transferida são consagrados: EF2, E2F e EFV, todos baseados em registros de força e/ou velocidade em seções instrumentadas da haste. O método EFV (Força × Velocidade) é considerado o mais robusto, por integrar diretamente as grandezas físicas registradas.

 

Ensaios Convencionais vs. Ensaios Instrumentados: 

 

• Convencionais (não calibrados): dependem da hipótese de eficiência média de 60%. Na prática, como demonstrado por Cavalcante (2002) e Odebrecht (2003), essa hipótese é frágil, pois o valor real da eficiência pode variar amplamente, comprometendo correlações empíricas.

• Instrumentados (via SPT Analyzer): registram em tempo real as curvas de força × tempo e velocidade × tempo, fornecendo diretamente a energia transferida (Etr) e a eficiência do sistema (η).

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Evidências de Pesquisas: 

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• Cavalcante & Danziger (2002): mostraram que, no Brasil, desvios de norma (altura de queda, atrito excessivo, desalinhamento das composições das hastes, etc.) são recorrentes e geram grandes discrepâncias nos valores de NSPT.

• Meira (2002): correlacionou energia transferida às hastes com resistência do solo, confirmando que a variabilidade energética impacta diretamente a confiabilidade de NSPT.

• Odebrecht (2003): destacou a necessidade da medição de energia como condição para reduzir incertezas e padronizar resultados no país.

• Luza et al. (2024): utilizaram filmagens em alta velocidade para medir a altura de queda e a velocidade de impacto, concluindo que o martelo frequentemente ultrapassa a altura normativa, alterando significativamente a energia cinética.

 

Esses estudos convergem em uma mesma constatação: o SPT, sem medição de energia, é incapaz de oferecer resultados consistentes e comparáveis.

 

 O que as Normas e Recomendações internacionais recomendam?

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• ABNT NBR 6484:2020 – Define a forma de execução do ensaio SPT, definindo procedimentos e equipamentos a serem utilizados para a correta execução do ensaio.

• ABNT NBR 16796:2020 – Estabelece o método padrão para avaliação da energia, incluindo requisitos de instrumentação e interpretação.

• ASTM D4633:16 – Norma internacional para medição da energia transmitida em ensaios de penetração dinâmica.

O consenso normativo é claro: sem controle energético, o índice NSPT carece de validade comparativa.

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 Qual o papel do  SPT Analyzer?

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O SPT Analyzer, desenvolvido pela Pile Dynamics Inc. (PDI), é hoje a principal ferramenta de instrumentação do ensaio. Ele utiliza hastes instrumentadas com strain gages e acelerômetros para medir, em tempo real, as curvas de força × tempo e velocidade × tempo .

O sistema fornece:

• energia transmitida por golpe;

• eficiência do sistema (η);

• cálculo automático do N60;

• identificação de falhas operacionais (golpes irregulares, atrito excessivo, desalinhamento).

Trabalhos como os de Moghaddam et al. (2019) e Meira (2002) demonstram que o SPT Analyzer permite identificar discrepâncias significativas entre martelos manuais, automáticos e TCP, invisíveis em ensaios convencionais.

 

Quais são as implicações práticas da realização do monitoramento da energia no ensaio SPT?

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• 📉 Menor dispersão: elimina incertezas introduzidas por diferentes operadores ou equipamentos.

• 📊 Correlações confiáveis: apenas valores corrigidos (N60) podem fundamentar correlações de resistência, deformabilidade e liquefação.

• 🏗️ Projetos mais seguros: fundações, contenções e estudos de estabilidade dependem diretamente da consistência do índice corrigido.

• 📑 Boa prática de engenharia: conforme defendido por Odebrecht (2003), Cavalcante (2002) e Schnaid & Odebrecht (2012), a instrumentação representa a transição do SPT de um ensaio essencialmente empírico para uma ferramenta de base racional.

Comparar resultados de SPT sem medir energia é como interpretar ensaios triaxiais sem registrar a pressão de confinamento: os dados perdem significado físico, dificultando sua utilização em métodos consagrados ou  na utilização de correlações com propriedades do solo (Aoki-Velloso e Su, por exemplo). A instrumentação dinâmica, respaldada por normas nacionais e internacionais, é hoje condição essencial para transformar o SPT em um ensaio confiável, padronizado e plenamente útil à engenharia moderna.

 

🔹 Como a GEO Ensaios pode ajudar a entender esse problema?

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A GEO Ensaios encontra-se plenamente capacitada para executar ensaios instrumentados com o SPT Analyzer, atendendo às normas ABNT NBR 16796:2020 e ASTM D4633-16.

Com equipe especializada e equipamentos calibrados, a empresa oferece:

• Medições em tempo real,

• Calculo de N60 diretamente em campo,

• Relatórios técnicos completos com rastreabilidade,

• Suporte avançado à interpretação geotécnica.

Essa atuação reafirma o compromisso da GEO ENSAIOS em alinhar-se às boas práticas internacionais, reduzindo incertezas históricas do SPT e entregando resultados com o mais alto padrão de confiabilidade técnica.

 

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 Referências: 

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• ABNT. (2020). NBR 6484: Solo – Sondagem de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT.

• ABNT. (2020). NBR 16796: Solo – Método padrão para avaliação de energia em SPT. Rio de Janeiro: ABNT.

• ASTM. (2016). D4633-16: Standard Test Method for Energy Measurement for Dynamic Penetrometers. ASTM International.

• Cavalcante, E. H.; Danziger, F. A. B. (2002). SPT: Alguns desvios da norma. Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos.

• Luza, M. E.; Costa, G. A. S.; Muguet, E. O.; Cabral, F. S.; Danziger, F. A. B. (2024). Estudo da energia potencial e cinética no SPT com martelo operado manualmente. XX COBRAMSEG.

• Meira, F. F. D. A. (2002). Estudo comparativo entre a energia transferida às hastes do SPT e a resistência do solo. Dissertação de Mestrado, UFPB.

• Moghaddam, R.; Likins, G.; Hussein, M. (2019). Evaluation of TCP Hammer Efficiency using SPT Analyzer. Geotechnical and Geological Engineering. Springer.

• Odebrecht, E. (2003). Medidas de energia no ensaio SPT. Tese de Doutorado, UFRGS.

• Schnaid, F.; Odebrecht, E. (2012). Ensaios de campo e suas aplicações à engenharia de fundações, 2ª ed. São Paulo: Oficina de Textos.