O ensaio de prova de carga estática

As estacas executadas com trado helicoidal, como as estacas hélice contínua, hélice segmentada ou até mesmo as escavadas sem a concretagem durante a retirada do trado, entre outras, apresentam  incertezas relacionadas à sua capacidade de carga de projeto e também quanto à qualidade de sua execução. Assim, deve-se conhecer o método de ensaio para prova de carga estática para fins de fundações diretas.

fundação2Da Redação –

O principal ensaio realizado para a verificação dos deslocamentos causados ao topo da estaca por uma determinada carga é a prova de  carga estática e sua realização é limitada por alguns motivos, principalmente, pelo longo tempo necessário para sua montagem e realização, em geral superior a 24 h. Muitas vezes, ele é substituído  pelo ensaio de carregamento dinâmico, que também fornece uma curva da carga versus deslocamento, porém  estimada.

A prova de carga estática é a técnica mais tradicional de ensaio para a determinação da capacidade de carga de estacas. Este ensaio consiste, basicamente, em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca e registrar os deslocamentos correspondentes. Os esforços aplicados podem ser axiais de tração, compressão ou transversais.

Dessa forma, pode-se dizer que, nos ensaios de prova de carga estática, o elemento da fundação é solicitado por um ou mais macacos hidráulicos, empregando-se um sistema de reação estável. Para tanto, é comum o uso de vigas metálicas e ancoragens embutidas no terreno.

O tipo de ensaio mais comum envolve a aplicação de carregamentos de compressão à estaca, em estágios crescentes, registrando-se os deslocamentos correspondentes. O conjunto constituído pela estaca, macaco hidráulico e sistema de reação deve ser projetado e montado de modo a se garantir que a carga aplicada atue na direção desejada. É importante ainda assegurar que o carregamento previsto seja alcançado com sucesso.

A análise dos dados obtidos em campo traz informações importantes, tais como, curva carga x deslocamento, capacidade de carga da estaca, recalque associado à carga de trabalho, parcelas de resistência de ponta e atrito lateral, coeficiente de segurança do estaqueamento. Para realizar uma prova de carga estática para fins de fundações, é necessário, a princípio, aplicar uma carga de compressão na estaca em questão com o auxílio de um macaco hidráulico e vigas de reação.

O objetivo é aumentar a carga em até duas vezes ou até a ruptura, conforme for determinado pelo projeto da prova de carga estática para fins de fundações. O sistema a ser empregado deve ser de reação estável, utilizando vigas metálicas e ancoragens embutidas no terreno. Para o ensaio, utiliza-se como reação o sistema composto por tirantes, o qual também deve ser executado, seja com cordoalha ou barras de aço especiais.

O ensaio deve ser monitorado medindo a deformação da estaca isolada ao passo que é aplicada mais carga em diferentes estágios, conforme é prescrito na norma técnica. O tempo para a realização de uma prova de carga estática para fins de fundações é variável, dependendo, principalmente, do critério utilizado para o carregamento, que pode ser lento ou rápido.

Os esforços exercidos em uma prova de carga estática para fins de fundações podem ser axiais, de tração, compressão ou transversais. Para isso, é preciso que seja feito um projeto a fim de garantir que a carga aplicada atue na direção desejada.

A análise das informações obtidas nesse tipo de ensaio permite determinar: curva carga x deslocamento; capacidade de carga da estaca; carga x recalque; resistência de ponta e atrito lateral; e coeficiente de segurança da estaca. A principal vantagem de realizar esse ensaio na obra é poder conseguir simular os reais carregamentos de uma construção. Com isso, é possível observar, em verdadeira grandeza, a resposta que a fundação tem em relação a determinadas cargas.

A NBR 6489 de 09/2019 – Solo – Prova de carga estática em fundação direta especifica um método de ensaio para prova de carga estática para fins de fundações diretas, compreendendo os requisitos para execução, registro e apresentação. Este método de ensaio possibilita traçar a curva tensão-deslocamento e estimar os parâmetros de deformabilidade (coeficiente de reação vertical e módulo de deformabilidade) e de resistência (tensão admissível) do solo em análise.

Este método de ensaio consiste na aplicação de esforços estáticos axiais de compressão à placa e registro dos deslocamentos correspondentes. O ensaio deve ser levado até pelo menos o dobro da tensão admissível prevista para o terreno ou até o deslocamento máximo estabelecido pelo projetista. A configuração típica da aparelhagem de aplicação de carga é ilustrada na figura abaixo.

fundação3

A placa para aplicação das cargas ao solo deve ter rigidez equivalente à da fundação prevista (concreto armado ou aço) e deve ter diâmetro ou lado mínimo de 0,30 m. Os elementos de concreto armado e de aço devem estar de acordo com as NBR 6118 e NBR 8800, respectivamente. O dispositivo de transmissão de carga deve ser tal que ela seja aplicada verticalmente, no centro da placa, e de modo a não produzir choques ou trepidações.

O conjunto macaco-bomba-manômetro deve estar devidamente calibrado por laboratório acreditado, com intervalo de calibração de acordo com as NBR 14105-1 e NBR 14105-2 e não superior a um ano, devendo ainda ter capacidade ao menos 20% maior que o máximo carregamento previsto para o ensaio. O curso do êmbolo deve ser compatível com os deslocamentos máximos esperados entre o topo da placa e o sistema de reação.

O manômetro deve ter uma escala adequada ao carregamento, de forma que a menor carga a ser aplicada no ensaio seja representada por pelo menos duas marcas da escala. Para células de carga, o indicador deve ter resolução de 0,5% da carga máxima. A calibração deve ser feita por laboratório acreditado, com intervalo de calibração de acordo com a NBR 8197 e não superior a um ano. Os deslocamentos devem ser medidos por defletômetros ou transdutores de deslocamento, com precisão mínima de 0,01 mm e curso mínimo de 50 mm dispostos em quatro pontos, instalados em dois eixos ortogonais da placa.

Os defletômetros ou transdutores de deslocamento devem estar livres da influência do terreno circunvizinho, da cargueira ou das ancoragens. Seus apoios devem estar a uma distância igual ou maior que 1,5 vez o diâmetro ou o lado da placa (maior lado), com no mínimo 1,0 m, medida a partir do centro desta última. A estrutura para o sistema de reação deve ser conforme a seguir: plataforma carregada (cargueira) pode ser utilizada, desde que: seja sustentada por cavaletes ou fogueiras, projetadas de forma a assegurar a estabilidade do sistema. Para estruturas de madeira, seguir a NBR 7190; e de aço, seguir a NBR 8800.

Deve ser carregada com material cuja massa total permita superar a carga máxima prevista para a prova de carga em ao menos 20% e as estruturas fixadas no terreno por meio de elementos tracionados, projetados e executados em número suficiente para que o conjunto permaneça estável sob as cargas máximas do ensaio.

Estes elementos tracionados podem ser: um conjunto de estacas executadas para atender à realização do ensaio, projetadas com capacidade de carga admissível à tração ao menos 20% acima da carga máxima prevista para cada estaca. Por segurança, deve-se controlar o levantamento das estacas de reação durante todo o desenvolvimento da prova de carga, por meio de defletômetros ou leitura ótica. Deve haver um conjunto de tirantes ancorados no terreno constituído de monobarras ou cordoalhas, dimensionados conforme a NBR 5629, e projetados para suportar ao menos 20% acima da carga máxima prevista para cada tirante.

Incluir uma estrutura de reação dimensionada para todas as solicitações impostas pela prova de carga, sendo de responsabilidade da empresa contratada para sua realização. Se forem necessárias emendas nos elementos tracionados, estas devem ser feitas com luva ou solda, conforme as NBR 6118 e NBR 8548, e nunca apenas por transpasse.

Para a preparação da prova de carga, o terreno onde for instalada a prova de carga deve estar caracterizado por meio de sondagens de simples reconhecimento, no mínimo com medidas dos valores da resistência à penetração do SPT (standard penetration test), conforme a NBR 6484. O ensaio deve estar situado dentro da área de abrangência da sondagem mais próxima, determinada por um círculo centrado na placa e raio de 10 vezes o diâmetro da placa ou do seu menor lado, não excedendo 5 m.

A profundidade atingida pelas sondagens representativas deve ser superior àquela associada a 10% da tensão admissível (bulbo de tensões) a ser considerada em projeto para a fundação direta. Quando necessário, a critério do projetista, a investigação geotécnica pode ser complementada por novas sondagens ou outros ensaios de campo ou de laboratório, para melhor caracterização do perfil geológico-geotécnico local e avaliação, por exemplo, de questões de expansibilidade ou colapsibilidade do solo.

A realização da prova de carga deve ser comunicada ao solicitante do ensaio e ao projetista, devendo ser assegurado seu acesso em todas as fases da realização do ensaio. A cota da superfície carregada deve ser preferencialmente a mesma que a maioria das eventuais bases de maior importância da futura fundação. Caso não seja, o projetista deve levar em consideração esta condição.

A placa deve estar apoiada em superfície nivelada. Se necessário, para efeito de nivelamento, pode-se colocar um colchão de areia ou lastro de concreto magro sob a placa com a menor espessura necessária para formar um apoio uniforme (máximo 2,5 cm). É importante que o ensaio seja realizado com o solo sem ter passado previamente por alterações em sua composição ou estado de tensões. Caso seja necessário abrir um poço para alcançar a cota de apoio, o seu diâmetro deve ser no mínimo igual ao da placa mais 0,60 m e sua profundidade não superior a 1,2 m.

Para valores superiores a este, deve ser verificado o efeito da sobrecarga e do sistema de reação na realização do ensaio. Ao abrir-se o poço, são necessários todos os cuidados para evitar alteração do teor de umidade natural e amolgamento do solo na superfície a ser carregada. Em torno da placa de ensaio ou da boca do poço, o terreno deve ser nivelado e não podem existir sobrecargas (material solto) em uma faixa de pelo menos 1,5 vez o diâmetro ou o menor lado da placa, ou no mínimo 1,5 m do seu eixo.

Caso não haja necessidade de escavação (poço) entre o sistema de reação e o elemento ensaiado, deve haver uma distância mínima de 1,5 vez o diâmetro ou o menor lado da placa, adotando o maior valor ou ao menos 1,0 m, medida do eixo da placa ao ponto mais próximo do bulbo de tirantes ou da fogueira, das estacas de reação ou da roda do caminhão. A critério do projetista, a distância mínima especificada nessa norma e pode ser majorada, quando o processo executivo do sistema de reação e a natureza do terreno puderem influenciar o resultado do ensaio.

Para o ensaio cíclico rápido, o carregamento deve ser feito em ciclos de carga-descarga, com incrementos iguais e sucessivos, observando-se que o incremento de carga aplicada entre ciclos sucessivos de carga-descarga não pode ser superior a 10% da carga admissível prevista para a placa ensaiada; em cada ciclo, os deslocamentos devem ser lidos no início e no final do estágio. Em cada ciclo de carga-descarga, a carga máxima, aplicada de uma só vez (um estágio) deve ser mantida durante 10 min, independentemente da estabilização dos deslocamentos.

Atingida a carga máxima do ensaio (último ciclo), devem ser feitas cinco leituras: a 10 min, 30 min, 60 min, 90 min e 120 min. O descarregamento deve seguir o critério estabelecido para o ensaio com carregamento rápido. Nas provas de carga interrompidas por qualquer motivo, a placa deve ser totalmente descarregada e o ensaio reiniciado, sendo apresentados todos os dados do carregamento interrompido.

A empresa responsável pela realização do ensaio deve emitir relatório em que constem no mínimo as informações apresentadas abaixo. Uma descrição geral do ensaio realizado, incluindo: identificação do ensaio e sua localização; data e hora do início e do fim da prova de carga; planta de locação, indicando a placa ensaiada e os pontos de realização dos ensaios de campo para a caracterização do solo; apresentação das características e identificação do solo ou rocha através das sondagens mais próximas, conforme a NBR 6502; planta e corte da montagem da prova de carga, mostrando os sistemas de reação e de aplicação de carga, bem como os dispositivos de leitura e referência; ocorrências excepcionais durante o ensaio.

Por exemplo, perturbação nos dispositivos de carga e de medida, modificações na superfície do terreno adjacente à prova, fotos e temperatura. Tipo e características da placa, como: as dimensões geométricas (diâmetro e material constituinte); cota de apoio e do terreno; informações sobre escavações, se houver; data de execução, concretagem; características estruturais da placa, caso seja de concreto (armadura ou concreto utilizado).

Ocorrências excepcionais durante o ensaio, como: as perturbações dos dispositivos de carga e medição; as modificações na superfície do terreno contíguo à placa; as eventuais alterações nos pontos de fixação das referências às leituras; o desaprumo dos dispositivos de carga; a deformação dos elementos de reação; a variação da temperatura ambiente no decorrer do ensaio (máxima e mínima diárias); as tabelas das leituras tempo-deslocamento e carga-deslocamento de todos os estágios.

Curva tensão-deslocamento, indicando os tempos de início e do fim de cada estágio, adotando-se uma escala tal que a reta que liga a origem e o ponto da curva correspondente à tensão estimada admissível resulte em uma inclinação de (20 ± 5)° com o eixo das tensões. Em casos em que se pretenda estabelecer correlações entre os resultados fornecidos pela prova de carga e outros ensaios in situ, estes ensaios devem ser em número não inferior a três e estar a uma distância não superior a 2,0 m do eixo da placa.



Categorias:Metrologia, Normalização

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