Ensaio SPT - Uma aplicação

Prospecção Geotécnica - Ensaio SPT

Índice Sumário ...................... ...................................... ............................... ............................... ............................... ............... 2 Introdução .................................. .................................................... .................................... ............................ .......... 3 SPT - STANDART PENETRATION TEST ............................................. 5 Diferen Diferença entre o ensaio SPT e outros ensaios ...... ......... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 13 Cuidados e Recomenda ções ....................................................... ....................................................... 14 Limitações do ensaio ............. .................. ........... ........... .......... ........... ........... ......... .................... 15 Utilizaçã Utilização de Sistem istema de Informação Geográfica ...... ......... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... 17 Considerações Finais ........ .............. ............ ........... ........... ........... ........... ........... ........... ............ ........... ....... 22 Bibli iblio ografia grafia .............................................................................. 23

Índice de Figuras Figura 1 Exem Exemplo plo de umcorte mostrand strando possíve possíveiis irregul rregulari arid dades não

visíveis à superfície ................................................................... 4 Figura 2 Sondagemà percussão percussão ...................................................... 7 Figura 3.a) .a) Equipamentos util tilizados no ensaio ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... .. 8 Figura 3.b) Equipamentos util tilizados no ensaio ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... .. 9 Figura 4 Amostrador padrão SPT ................................................... 10 Figura 5 Perfi Perfill de sondagemSPT ........ ............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ..... .. 11 Figura 6 . Amostra reco recolhida de uma sondagem.... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..12 12 Figura 7 Image agem maére aérea a para para marcação arcação de sondagens emcidad cidade .. ........ ... 12 12 Figura 8 Boletim de sondagem.......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 18 Figura 9 Mapa de sondage agen ns regional ........ ............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... .. 19 Figura 10 Representação do método de trian triangulação irregular ..... ........ ...... ...... ... 20 Figura 11 Modelo Tridimension sional ........... ................. ........... ........... ............ ............ ............ ........... ........ ... 20 Figura 12 Representação de mapas utilizando orto- imagens ...... .......... ........ ....... ... 21

Escola Superior de Tecnologia de Castelo Branco Rafael Pedro - Sandra Chambel

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Sumário Este trabalho apresenta uma breve descrição do Ensaio SPT, algumas das suas lim it ações e suas aplicações, apl icações, com especial ênfase na sua sua aplicação em SIG SIG – Sistem stema de Inform Informação Geográfi gráfica ca.. O presente trabalho baseia-se numa pesquisa efectuada na Internet e na Biblioteca da Escola Superior de Tecnologia de Castelo Branco.


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Introdução Desde tempos remotos, o Homem serve-se do solo como elemento de suporte das fundações. Os métodos empíricos, baseados nos conhecimentos adquiridos ao longo dos tempos sobre o comportamento dos solos, mostram uma forte preocupação na busca de soluções adequadas para as fundaçõ es. Estes métodos de exploração do subsolo têm vindo a evoluir, chegando- se, nos dias de hoje, a técnicas mais modernas. No entanto, de todos os métodos c onhecidos, o mais usual em Portugal e, praticamente, em todo o mundo, é o Método de Sondagem à Percussão, aliado ao Ensaio SPT (Standard Penetration Test).

O solo, as fundações e a super-estrutura de uma edificação formam um conjunto, que deve ser encarado como um todo. Para se obter uma obra est ável, é muito importante fazer- se um reconhecimento do subsolo, visto que será este elemento que terá que suportar a carga da obra projectada. A capacidade de carga de um solo e a deformabilidade das suas camadas não são consta ntes, uma vez que dependem do efeito das cargas externas impostas ao solo. Quando tais deformações forem diferenciais ao longo das fundações, serão i ntroduzidas tensões de grande intensidade, que poderão provocar o colapso do solo, bem como inclinações e assentamentos significativos ao conjunto estr ut u ral. Em virtude da dificuldade de se prever a distribuição real das tensões no terreno, é importante realizar-se um conjunto de estudos geotécnicos, de fo rma a tentar identificar os materiais que constituem o subsolo em questão. Caso não seja feito umbomprograma de investigações de campo, o que acon-

tece na maioria dos casos, frustam-se as premissas de baixo custo (Economia) para a realização das obras. Num dos seus trabalhos pioneiros, sobre a expl oração do subsolo, Mohr (1943) concluiu:

“(...) É evidente que os projectos de fundações baseados em condições desconhecidas do subsolo, assim como especificações de serviço a serem ex e- cutadas sobre materiais desconhecidos, são motivos certos para se criar di s- cussões entre as partes de um contrato de obras. É incrível que um engenheiro se exponha a de terminada situação, mas isto é um facto que ocorre diariame n- te.(...)”

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

Com um número elevado de informações resultantes de sondagens SPT, nos mais variados tipos de solo das várias regiões existentes em Portugal, p oder- se- ia, alias dever- se- ia, construir uma base de dados, commodelos


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tridimensionais

regionais e locais dos terrenos, a partir das informações top ográficas, utilizando-se um Software de SIG (Sistema de Informação Geotécn ica), como por exemplo o ArcView da ESRI.

Cruzando um cadastro das informações resultantes de sondagens SPT com ma pas geotécnicos e topográficos, pode-se facilitar a avaliação tridime nsional do terreno. Este processo permite detectar irregularidades dos solos num plano ou em profundidade, além do que, também facilita a identificação de outros solos semelhantes, ainda não investigados, pela simples comparação de dados.

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

Nesse sentido, o planeamento urbano das localidades deveria ser elab orado considerando, também, a geotécnia que, através dos conhecimentos de geologia aliados a ensaios laboratoriais de mecânica dos solos, melhora a i nformação relativamente ao uso do solo, facultando assim o trabalho aos pr o jectistas, uma vez que lhe dá uma visão mais ampla no que respeita aos aspectos importantes e condicionantes das obras civis.

Desta forma, pode-se minimizar, ou pelo menos tentar, um dos grandes problemas do planeamento de cidades – a forma de ocupação do espaço urb ano.


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SPT - STANDART PENETRATION TEST

A sondagem SPT é um dos procedimentos de investigação do subsolo mais importantes a ser executado em qualquer obra de engenharia, mais e specificamente no dimensionamento de fundações. Ao realizar- se umensaio deste tipo pretende- se conhecer:

O tipo de solo atravessado através da colheita de uma amostra deformada, a cada metro perfurado;

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

A posição do nível ou dos níveis de água quando encontrados d urante a perfuração. De acordo comas 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 Penetration Test) é um ensaio de penetração dinâmico que consiste em cravar no fundo de um furo de sondagem, devidamente li mpo, um amostrador padrão. Esta cravação é feita com o auxilio de um pilão, com 63.5 Kgf de peso, solto em queda livre a uma altura de 76.2 cm, sobre um batente que, por sua vez, está ligado a um trem de varas, cuja ponta é o amostrador padrão.

O ensaio é composto por duas fases:

Na primeira, o amostrador é cravada 15 cm, registando-se o número de pancadas correspondentes à profundidade de penetração; a esta fase correspondem, por norma, solos remexidos, pelo que o valor obtido é meramente indicativo.

Na segunda fase, o amostrador é cravado mais 30 cm, sendo o resultado do ensaio SPT o número de pancadas obtido. Se após 60 pancadas,

a penetração não tiver atingido os 30 cm, dá-se o ensaio por concluído e mede- se a penetração obtida. Metodologia do Ensaio a. Executar o ensaio a cada metro, a partir 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 amostrador, através do impacto de

um pilão de 63,5 Kgf, caindo livremente de uma altura de 76,2 cm sobre a composição de ha stes;

d.

O amostrador deve ser apoiado suavemente no fundo do furo. Em segu ida, assinalam-se a giz, na porção da haste que permanecer fora do r evestimento, três troços 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 penetração observada. A penetração ob tida desta forma corresponde a zero golpes; Escola Superior de Tecnologia de Castelo Branco Rafael Pedro - Sandra Chambel

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e. Iniciar- se

a cravação do amostrador através 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 amostrador, atendendo que nunca se devem exceder as 60 pancadas. Deve ser anotado o número de golpes e a penetração emcentímetros para a cravação

de cada terço do amostrador. Caso ocorram penetrações superiores a 15 cm, estas devem ser anotadas, não se fazendo aproximações. Após o término de cada ensaio SPT, prossegue-se a sondagem empregando o trado, até a profundidade do novo ensaio; f.

O valor da resistência à penetração (N) consiste no número de golpes necessários à cravação dos 30 cm finais do amostrador;

A cravação do amostrador deve ser interrompida quando se obtiver p enetração inferior a 5cm após dez golpes consecutivos, não se computa ndo os cinco primeiros golpes do teste, ou quando o número de golpes u ltrapassar 60 num mesmo ensaio. Nestas condições, o material será co nsiderado impenetrável ao SPT, devendo ser anotados o número de go lpes e a pene tração respectiva. h. As informações obtidas no ensaio devem ser transcritas para o boletim g.

de sondagem. i.

Este procedimento é repetido de metro em metro: retira-se o amostr ador, avança- se a perfuração até ao próximo metro e volta- se a colocá- lo, depois de limpo, apoiado no fundo do furo, sem atrito lateral, para a próxima medição. Qualquer outra forma de execução é errada e pode a lterar 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 também que devem estar no local de ensaio, diversas ferrame ntas e utensílios, de entre os quais pode-se referir: luvas de aço galvanizado, alimentador de água, chaves de grifo, metro, recipientes herméticos para amostras, parafina, sacos plásticos transparentes de alta resistência, etiquetas para identificação e piézometro.

Analisando os perfis de sondagem, o engenheiro ou técnico de fundações, tendo umconhecimento bemo tipo de obra que se pretende no local emques-

tão, poderá decidir o tipo de fundação adequada, assim como a profundidade onde a parte mais baixa da fundação ficará assentada.

PERFIL DE SONDAGEM SPT 6 9 12

N.A.

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---------> 25/07/1999

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LOCAL DA OBRA:

DATA:

VISTO:

0

PONTO N

0

CREA N

Figura 5 – Perfil de Sondagem SPT


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Figura 6 –

Amostra recolhida de uma sonda gem

Figura 7 – Imagem aérea para marcação de sondagens em cidade


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Diferenç a entre o ensaio de SPT o outros ensaios Dependendo do problema em causa, o geotécnico decide qual o tipo de ensaio adequado.

Para projectos re comenda-se o ensaio estático de penetrômetro CPT(u), por fornecer parâmetros de resistência do solo e por fornecer a poropressão, parâmetro fundamental em cálculos de camadas abaixo de lençóis freáticos. A resolução da identificação das camadas do CPT(u) é superior à de outras so ndagens, nomeadamente a sondagem SPT.

Em obras com curto prazo, o DPL, penetrômetro dinâmico, por ser con stituído por uma máquina de dimensões reduzidas, logo fácil de mobilizar, é o mais aconselhável. É operado por duas pessoas e além de identificar as cam adas do solo e colectar amostras, também fornece a resistência, MPa, das c amadas. No que se refere ao reconhecimento do solo ou ao dimensionamento por método semiempírico, o SPT, devido ao facto de ser uma sondagemrotativa e trado, é a mais indicada.


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Cuidados e Recomendações Escolher empresas idóneas, especializadas em análise de solos e de comprovada capacidade técnica; Fazer a interacção entre o projectista estrutural, o projectista 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 pre vistas;

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

Devido às variações pluvimétricas, dependendo da época do ano, pedir a instalação de tubos de PVC em alguns furos de sondagem para med ições periódicas do N.F., principalmente se o tempo entre a execução dos mesmos e o início da obra for prolongado; O n.º de furos, deve ser o indicado segundoa norma, mas não se deve fazer apenas uma sondagem em obras com área menor, pois não cons e-

gue-se traçar um perfil do subsolo. O bom senso deve prevalecer, podendo- se

aumentar ou diminuir o n.º de furos previstos, de acordo com a análise dos pri meiros resultados; Desconfiar de empresas que executam grandes metragens diar iamente, pois a produção média por equipe, obedecendo-se as normas e pr ocedimentos vi gentes.


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Limitações do ensaio Este ensaio só deve ser considerado válido quando realizado sobre terreno não pert urb ado pela abert ur a do fur o de sondagem. Existem porém t errenos em que isso é quase impossível de conseguir. Como é o caso de areias com o nível freático muito 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 inco esivos forneçam resultados dúbios, mesmo no ensaio em causa estejam a ser utilizadas lamas betonitícas.

É também necessário ter em conta a energia da pancada que se transmite ao longo das varas, visto esta energia ser absorvida em parte pelo percursor, mas também se dissipa, tanto mais quanto maior for o comprimento do co n junto de varas. Considera-se também que a rigidez das varas afecta a resistência à pene tração, pois no caso de varas muito esbeltas, estas varejamsob 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 estacas 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 comumtorquímetro, que permite obter, imediatamente após a medida do índice de resistência à penetração 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 seg u-

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 (Ranzini, 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 sondagemdecorre, 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 nfor m ação Geográ fica (SIG) A ocupação do solo por parte do Homem, tem sido efectuada de um modo desordenado, não se dando a menor importância às propriedades geótecnicas dos mesmos. Esse facto é evidenciado pela ausência de um planeamento u rbano, definido em planos directores que tenham em consideração tais aspe ctos.

A associação de informações geotécnicas, desde resultados de ensaios a mapas geoténicos, proporciona um excelente entendimento do comportamento das unidades estimadas, além do que serve como verificação das extrapol ações de secretária. Nesse

sentido, a cartografia geotécnica tem tentado representar, graf icamente, as limitações e as potencialidades do meio físico frente às interve nções antrópicas.

O uso de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), que visam facilitar a manipulação e a integração rápida de grandes volumes de dados georrefere nciados, é hoje uma ferramenta poderosa para a geração de mapas geotécn icos.

O uso e desenvolvimento de sistemas para gerir informações geográficas é chamado de geoprocessamento.

Estes modelos auxiliam na visualização geral da área, apenas com os t emas (layers) que interessamao usuário.

Num programa de SIG, juntamente com cada mascara, pode anexar- se uma tabela que, no conjunto dessas, forma uma base de dados. Esta base de dados é um conjunto de informações que estão relacionadas a um tópico ou propósito emparticular.

O uso de uma base de dados integrada a um Sistema de Informações Ge otécnicas (SIG) permite o armazenamento e a análise mais eficaz de umgrande

volume de dados descritivos, que constituem os atributos pertencentes feições constantes nos diversos layers ou planos de informações de um projecto no SIG.

As vantagens de utilizar uma bases de dados para armazenamento de i nformações são entre outras, a consulta por parâmetros isolados ou combin ados, manipulação numérica dos dados, visualização "directa" dos resultados dos ensaios nos locali zados nos mapas, etc.


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Metodol o gia Após se proceder a uma colecta de boletins de sondagens (figura 8), o pr óximo passo deverá ser a elaboração de uma base de dados com as inform ações do valor de resistência à penetração "N", de metro em metro, nível da água e classificação das amostras, localização das sonda gens. A localização das sondagens no mapa inicia- se com a marcação expedita de pontos no mapa do local. Para o refinamento da localização devem ser realiz adas visitas aos locais duvidosos, utilizando preferencialmente equipamento GPS para obtenção das coordenadas.

Figura 8 – Boletim de Sondagem


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No programa de CAD, AutoCAD 2000 da AutoDesk, Software bastante popular entre projectistas e engenheiros, realiza-se o mapa geotécnico, este tem que ser compatível com o programa de SIG utilizado. Um Software de SIG por exemplo é o ArcView da ESRI, tambémeste muito popular por entre a comunidade Geóloga e Topográfica. Então, basta adicionar o arquivo de CAD no ambi-

ente do programa de SIG e escolher quais tipos de informação a ser import adas, linhas, pontos, polígonos ou texto e todas elas poderão ser visualiza das, separadamente ou em conjunto. Tal como no AutoCAD a informação é apr esentada emlayers separados, para poder- se trabalhar comelas.

Figura 9 – Mapa de sondagens regional

A base de dados pode estar ligada a qualquer objecto inserido no mapa, seja ele um polígono, um ponto, um texto ou uma linha. Juntamente com os polígonos das unidades geotécnicas, deve inserir-se uma pequena base de d ados constando o nome e a área de cada unidade. Nos pontos onde foram real izadas sondagens SPT, anexa- se a base de dados com as informações extraídas dos boletins de sondagens. Desta forma poder- se-á a qualquer altura aceder às informações do ensaio "on-line" sem se recorrer a outros arquivos de regi sto, 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 SIG permite também fazer mapas utilizando orto-imagens, que depois de tratadas, elab oram mapas das áreas em estudo. Sempre com as informações disponíveis a qualquer altura. De notar que podemos ter qualquer tipo de in formação, 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 tipo de fundação que será projectado, o que sign ifica 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 emque ela

se enquadra pelo mapa e suas características indicadas pela sondagem. O te rreno fica mais representado emsuperfície mas, tambémemprofundi dade. A modelagem tridimensional da área em estudo, permite uma melhor visualização do relevo, podendo assim analisar a ocorrência dos diversos tipos de solo confor me a morfologia do terreno. Portanto esta base de dados pode estimar o tipo de fundação a ser usada. Entretanto como o solo varia de um ponto para outro, é sempre necessário a execução de sondagens em projectos de fundações. Se os Municípios processassem desta forma o seu volume de informação,

melhoravam significativamente a qualidade das construções nas suas áreas de influência. Embora o custo inicial de adaptação deste modelo seja desenc ora jador, as vantagem subjacentes a ele, são bastante compensatórias e óbvias. Para além de que depois as entidades competentes poderiam recolher de cada uma destas as informações que depois de processada permite construir mapas 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 Rodrigo 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 Si s- 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 emhttp://www.acaoengenharia.com.br/servicos.htm Geo - Rumo - Url emhttp://www.geo- rumo.com/SPT.htm BALBINO FUNDAÇÕES - Url emhttp://www.balbino.com.br/sondagem.htm


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Ensaio SPT - Uma aplicação

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