PROPOSIÇÃO DE UMA EQUAÇÃO DE CORRELAÇÃO ENTRE RESULTADOS DE SONDAGENS TIPO DPL E VALORES NSPT C.P.B. AZEVEDO* Leme / Tractebel Brasil M.G.D. GUIMARÃES Leme / Tractebel Brasil Resumo A matriz energética brasileira sempre focou um modelo de geração na abundância dos recursos hídricos existentes no país, utilizando-se assim dos inúmeros potenciais hidroelétricos disponíveis dos rios e suas quedas. Ressalta-se aqui o grande desenvolvimento técnico brasileiro durante décadas quanto à conversão de energia potencial hidráulica em energia elétrica, haja vista, termos grandes obras de engenharia, usinas, voltadas para este objetivo. A partir de uma visão estratégica de desenvolvimento, no passado a iniciativa pública investiu e conduziu o processo de construção de várias Linhas de Transmissão (LT s) que devido ao porte dos investimentos e capital privado existente no país só poderiam ser construídas com o poder do Estado. Atualmente, a estabilidade econômica gera o fortalecimento de empresas nacionais privadas e atrai investimentos internacionais que propiciam o aquecimento no setor. Oportunamente, investidores privados têm suprido a crescente demanda de energia executando projetos em parceria com o poder público através de consórcios e posteriormente cobrado pelos serviços prestados. Investidores internacionais entraram com seu corpo técnico adaptado aos procedimentos de projeto europeus. Desta forma foram introduzidas no Brasil as sondagens do tipo DPL que seguem rigorosamente as disposições das Normas ISSMFE e DIN 4094, tanto nos procedimentos aplicados como no equipamento utilizado (o diâmetro e comprimento da ponteira, o peso e a altura de queda do martelo serão aqueles padronizados pelas referidas normas). Projetistas brasileiros acostumados com definição de parâmetros geotécnicos do solo a partir de sondagens tipo SPT tiveram seus critérios verificados pelas sondagens tipo DPL realizadas para verificação dos profissionais europeus.o objetivo deste trabalho é fornecer ao meio técnico os parâmetros necessários para a correlação entre ensaios tipo DPL em números de golpes SPT, tomando como base resultados de ensaios realizados na LT 230kV Vilhena - Jaurú. São apresentados e discutidos aqui os ensaios em torres, os principais critérios e procedimentos utilizados na definição da correlação e as vantagens técnicas e econômicas da utilização dos ensaios tipo DPL. Para validação destas soluções foram executados ensaios de campo tipo DPL e SPT nas mesmas estruturas. Na opinião dos autores, este estudo trata-se de um ponto crucial de referência para inserção de novos métodos de definição de fundações a partir de ensaios de maior facilidade de execução. Evidentemente, este é um estudo inicial que prevê uma comparação em uma região para um tipo determinado de solo. Novos estudos devem ser realizados no futuro para comprovação destes dados e calibração dos parâmetros utilizados. Palavras chave: Sondagens tipo DPL, SPT, Definição de Fundações de Linhas de Transmissão * Rua Wups Oliveira, 375/302 Tirol Belo Horizonte MG Brasil CEP. 30.662-450 crysthian.purcino@leme.com.br
1 INTRODUÇÃO Os Estados do Acre e Rondônia no Brasil formam, atualmente, um sistema isolado altamente dependente de geração térmica e com consumo expressivo. De forma a não haver demanda reprimida, foram efetuados estudos energéticos considerando a contratação de energia térmica oriunda das UTEs Termonorte I e II e uma expressiva quantidade de PCHs a serem construídas na região sudoeste do Estado de Rondônia. Estes estudos indicaram a possibilidade de exportação de excedente de geração para o sistema do Mato Grosso e, por conseqüência, para o Sistema Interligado. A LT 230kV Vilhena Jauru C1 e C2, com extensão aproximada de 344 quilômetros, a ser implantada nos Estados de Rondônia e Mato Grosso, fará parte da interligação do sistema Acre e Rondônia com o sistema da região sudoeste do Mato Grosso. A LT 230kV Vilhena Jauru C1 e C2 (conforme localização apresentada na figura 01 a seguir), a ser implantada, conectará a subestação de Vilhena, que será construída, à subestação de Jauru, que será ampliada. A subestação de Vilhena está localizada no Estado de Rondônia e a subestação de Jauru, no Estado do Mato Grosso. Fig. 1 Localização da LT nos Estados de Rondônia e Mato Grosso ([1]) Nos primeiros 100 quilômetros da LT seu traçado situa-se sobre as rochas do Complexo Xingu, na Província Tapajós, sendo este o embasamento rochoso de toda a área. São rochas de uma associação granito-gnáissica afetada pelo Evento Rondoniano, onde se observa intensos falhamentos, intrusões graníticas e de rochas máficas. Localmente podem ser observadas rochas vulcânicas de natureza ácida, como riolitos, e de natureza básica, basaltos. Os 244 quilômetros restantes do traçado estão situados sobre a Unidade Geolomorfológica Planalto dos Parecis. Esta unidade possui uma vasta área de relevo pediplanado e apresenta escarpas nas bordas, estado relacionado às rochas do Grupo Parecis. O Grupo Parecis é constituído por rochas sedimentares de idade cretáceas. São basicamente arenitos, podendo-se observar nas suas porções basais, intercalações de conglomerados e de rochas basálticas. As porções basálticas são, principalmente, encontradas na fácies de borda do Planalto dos Parecis. Os Parâmetros Geotécnicos para este projeto foram obtidos a partir de uma campanha de investigações geológico-geotécnicas realizada ao longo da LT, constituídas por sondagens a trado, SPT (Standard Penetration Test) e DPL (Dynamic Probe Light). A partir destes parâmetros e dos carregamentos para cada tipo de torre, foram elaborados os projetos de fundações, utilizados na LT em referência. As sondagens tipo DPL ainda não são muito comuns em projetos nacionais, porém o cliente europeu está muito habituado com este procedimento e solicitou uma campanha deste tipo de investigação. Devido à rapidez, praticidade, custo reduzido e confiabilidade deste tipo de ensaio é de importância fundamental uma melhor conhecimento deste assunto. Devido ao histórico de definições de fundações passar obrigatoriamente por sondagens tipo SPT torna-se fundamental uma correlação entre resultados deste ensaio e as sondagens DPL para que parâmetros confiáveis de projeto sejam concebidos. 2
2 SONDAGENS 2.1 SPT As sondagens do tipo SPT devem seguir rigorosamente as disposições da Norma NBR 6484/2001 [2], tanto nos procedimentos aplicados, como no equipamento utilizado (o diâmetro do amostrador, o peso e a altura de queda serão aqueles padronizados pela Norma). Neste projeto, a profundidade mínima da sondagem SPT foi igual a 10,45 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. Recomenda-se a observação dos critérios abaixo para paralisação da sondagem sem prejuízo ao disposto no anteriormente: se obtiver penetração inferior ou igual a 5 cm durante 10 golpes consecutivos; se obtiver até um máximo de 50 golpes para um mesmo ensaio penetrométrico (45 cm); após se atingir 7 metros de profundidade forem obtidos 3,0 metros sucessivos com penetração igual ou superior a 20 golpes para a cravação dos 30 cm finais do amostrador, respeitando-se um máximo de 50 golpes na execução de um mesmo ensaio. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte forma: Até 1,0 m de profundidade devem ser coletadas com o trado duas amostras de solo (uma a cada 0,5 m); a partir daí devem ser obtidas amostras a cada metro de perfuração através do amostrador padrão; A cada metro de profundidade, o número de golpes do amostrador padrão (diâmetro interno 1 1/3 e externo 2 ) sob ação de peso de 65 kg sob queda a uma altura de 75 cm, deve ser anotado para penetrar três séries de 15 cm, sucessivamente. Os valores a serem considerados como representativos correspondem às duas últimas séries, isto é, o número de golpes para penetrar os 30 cm finais; As amostras de solos coletadas através do trado ou do amostrador padrão, deverão ser devidamente acondicionadas, com clara indicação do local e profundidade onde foram extraídas, para envio ao laboratório e posterior análises e verificações. 2.2 DPL O ensaio DPL significa Dynamic Probe Light e é o mesmo penetrômetro que alguns autores brasileiros denominal PDL, Penetrômetro Dinâmico Leve. As sondagens do tipo DPL devem seguir rigorosamente as disposições das Normas DIN 4094 [3] e ISSMFE 1989 [4], tanto nos procedimentos aplicados como no equipamento utilizado (o diâmetro e comprimento da ponteira, o peso e a altura de queda do martelo serão aqueles padronizados pela referida norma). O DPL em forma de aparelho manual, com torquímetro, permite medir resistência de ponta e atrito lateral da ponteira, até 12 m de profundidade. A ponteira tem maior diâmetro do que as hastes, 36 mm contra 22 mm, o que permite que, na maioria dos casos, o solo está em pouco contato com as hastes, sem exercer pressão significativo. O DPL trabalha através cravação de um martelo de 10 kg caindo 50 cm, emitindo a energia de 50 J, quase 10 vezes menor em comparação do SPT (488 J). Existem, com a mesma forma da ponteira, mas em maior escala e com maior energia, os ensaios DPM, DPH, e DPSH, mas DPL é o mais interessante para uso em fórmulas de resistência. A profundidade mínima da sondagem DPL para este projeto foi igual a 10,0 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte forma: A estratigrafia será identificada através de testemunhas nas ponteiras e nas hastes, bem como pelas correlações gráficas e analíticas apresentadas nos boletins. A resistência à penetração será obtida através do número de golpes N10 aferidos a cada 10cm de penetração da ponteira, bem como através do ensaio de torquímetro realizado a cada 1,0 m. Os resultados serão plotados em gráficos contra profundidade, onde devem constar separadamente os valores N10, e q d (resistência de ponta) e f s (atrito lateral). Este tipo de sondagem possui qualidade para resistir manuseio e operação em condições difíceis. Tem acessibilidade para atendimento em longas distâncias e chega a locais de difícil acesso. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia [5]. 3
O equipamento está em 5 a 10 minutos montado em novo furo. O operador levanta para cima o martelo de 10 kg, deixá-lo cair livre 50 cm no batente no jogo das hastes, que cravam a ponteira pelo solo. Na planilha do campo registra-se a quantidade de golpes necessários para a penetração de cada 10 cm A ponteira de 36 mm tem maior diâmetro do que as hastes de 22 mm, o que permite o registro de resistência do solo através geometria e energia conhecida [5]. Fig. 2 Execução do Ensaio DPL ([5]) Pela facilidade a mobilizar o equipamento por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamento pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipamento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pequeno (ver Figura 3). 2.3 CORRELAÇÃO SPT X DPL Fig. 3 Transporte do Equipamento DPL ([5]) Na LT 230kV Vilhena-Jauru foram realizados 10 ensaios tipo DPL em torres que também tinham resultados SPT. A partir destes resultados por estudo de regressão linear simples (com coeficiente de correlação r2 = 0,872) obteve-se a correlação entre os resultados de sondagens SPT (N 30 ) e DPL (N 10 ) pela seguinte equação: N =,02N 2,11 (1) 30 1 10 Onde: N 30 é o valor relativo à sondagem SPT e N 10 à sondagem DPL. Esta correlação é evidentemente comprometida pela pequena quantidade de iunidades amostrais (n=10). Uma melhor aproximação seria obtida com uma maior quantidade de dados. A partir destes resultados e conhecida as correlações existentes nas publicações conhecidas relativas aos golpes SPT, este artigo propõe a seguinte interpretação dos resultados a partir dos demais resultados de sondagem DPL deste empreendimento: 4
TABELA I. TABELA PARA INTERPRETAÇÃO DE SOLOS GRANULARES N 10 COMPACIDADE < 1 Muito fofo < 7 Fofo < 83 Médio > 83 Compacto TABELA II. TABELA PARA INTERPRETAÇÃO DE SOLOS COESIVOS, NÃO SATURADOS N 10 COMPACIDADE < 3 Muito mole 3-6 Mole 6-12 Médio 12-22 Rijo 22-45 Muito Rijo > 45 Duro 3 CONCLUSÕES O conhecimento dos parâmetros geotécnicos do solo são fundamentais como dados de entrada de um projeto de fundações. A quantidade dos ensaios precisa atender a critérios estatísticos. Aumentando a variedade dos ensaios e a família estatística, o fator de segurança pode diminuir, acarretando menos incerteza, menos riscos e mais consistência. O projeto fica bem definido, com melhor controle e menor risco, tanto no aspecto técnico como financiero [5]. Na execução das investigações geotécnicasmuitos problemas podem aparecer e o custo envolvido debe ser reduzido sem perda da qualidade e confiabilidade dos resultados. Quatro problemas típicos devem ser levados em conta: acesso, espaço de operação do equipamento, produtividade e custo. Os ensaios convencionais geram mais despesas nas campanhas em serras, várzeas, mangues, matas fechadas e em locais distantes dos grandes centros populacionais. Uma programação de sondagem deve sempre considerar se o local é acessível, se a área de operação está disponível, eventual distância necessária a ser percorrida a pé, obstáculos como encostas e rios, contaminações e os riscos [6]. Fazer ensaios em taludes, banquetas, bermas, escavações, poços, beiras de rios, ruas e calçadas pode implicar em um custo adicional de preparo [6]. É demorado instalar equipamentos convencionais em mato fechado, solos moles, lagoas ou rios e locais com matacões e rocha superficial. A produtividade cai e o custo aumenta quando é necessário fazer deslocamentos dos furos. A movimentação com equipamentos pesados em picadas no mato é demorada ou imposible [6]. Para projetos residenciais e outros de pequeno porte, com necessidade de poucos furos, o preço por furo encarece. O transporte de equipamentos pesados tem alto custo [6]. Pela facilidade a mobilizar o equipamento de DPL por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamento pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipamento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pequeno (ver Figura 3). Solos com valores de N 10 menores que 8 são solos que merecem cuidados especiais. Solos com N 10 maior que 70 oferecem boas condições de assentamento. Solos com N10 entre 4 e 25 são geralmente fáceis de escavar. 5
A resistência não confinada pode ser avaliada em kpa em aproximadamente 10 vezes o valor de N 10. O DPL é um equipamento de ensaio para penetração do solo, com peças de cravação internacionalmente normatizadas, habilitado a fornecer os parâmetros de resistência da ponta e atrito lateral, estratigrafia e nível de água.pode ser levado a locais de acesso extremamente difícil e atinge a profundidade de 12 m. Tem alta produtividade, sendo uma média de 50 m por dia e por equipamento. Pode ser transportado por veículo de passeio. O intervalo de instalação entre furos é de 5 minutos mais o tempo de deslocamento a pé. É um equipamento ecologicamente amigável, pois durante a operação não usa combustível ou eletricidade e não emite nenhum tipo de poluente. Finalmente, e em termos generalizados, se a escolha apenas é entre SPT ou DPL, recomendamos optar por DPL para os solos com SPT N 30 < 4, em solos finos, em argilas porosas, quando se é importante saber o atrito lateral, quando se necessita fazer muitos furos e quando os acessos são difíceis. Recomendamos optar por SPT para solos de valor médio N 30 > 20, quando os furos são profundos (> 12 m) e quando o solo é granular. Para obras de maior porte, ter mais opção de ensaios e no mínimo, SPT e DPL juntos. O SPT utilizado convencionalmente no dimensionamento pode se correlacionar com o DPL, transformando golpes N 10 de DPL para golpes N 30 de SPT e dimensionar conforme alguns dos métodos convencionais que utilizam o SPT. Observe-se que não é necessário fazer a transformação de DPL a SPT. Recomenda-se utilizar formulações diretas desenvolvidas a través de resultados de novos ensaios contendo amostras mais representativas em solos típicos. Recomenda-se a partir de um melhor conhecimento dos resultados de sondagens DPL e de correlações apropriadas com SPT a substituição das convencionais sondagens a trado por tipo DPL que são mais representativas de resistência do solo. 4 REFERENCIAS [1] ANEEL 2006, R3 - Diretriz Preliminar do Traçado e Relatório de Caracterização Ambiental da Linha de Transmissão 230kV Samuel Ariquemes Jaru - Ji-Paraná - Pimenta Bueno Vilhena, Brasília, 2006. [2] ABNT 2001, Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos, Rio de Janeiro, 2001. [3] DIN 4094, Erkundung und Untersuchung des Baugrunds, Beuth - Alemanha, 1991. [4] ISSMFE, International reference test procedures for dy-namic probing (DP). Report of the ISSMFE Technical Committee on Penetration Testing of Soils TC 16 with Reference Test Procedures. Swedish Geotechnical Society, 1989. [5] T. Nilsson, Comparações entre DPL NILSSON e SPT. Geosul 2004 IV Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul, ABMS, 310 p, 2004. [6] T. Nilsson, O Penetrômetro Portátil DPL NILSSON. I Simposio do Centro-Oeste, 2003. 6