DIVERSOS TIPOS DE PROVAS DE CARGA

1) ENSAIO DE PLACA

1.1) COM SISTEMA DE REAÇÃO COMPOSTO POR TIRANTES E VIGAS DE REAÇÃO) :

O ensaio de placa, é um processo que visa fornecer, por via direta, as resistencias e características de deformação do terreno a uma determinada profundidade. O ensaio é realizado pelo carregamento de uma placa contra o terreno, através de macacos reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio são registrados as cargas aplicadas x deformações do solo.

https://sites.google.com/site/naresi1968/prova-de-carga?authuser=0

Acima prova de carga executada para o Porto do Pecém em São Gonçalo do Amarante - CE

Atestado Técnico no link abaixo

https://sites.google.com/site/naresi1968/308execu%C3%A7%C3%A3o-de-estacas-e-prova-de-carga-no-porto-do-pec%C3%A9m

Prova de carga no Porto do Pecém - CE - Artigo completo no link abaixo

1.1 Objetivo

Esta Norma fixa as condições gerais a satisfazer nas provas de carga sobre terreno, para fins de fundações por sapatas rasas, assim como as informações que devem constar no registro da mesma.

1.2 Instalação e aparelhamento para a prova de carga

Para a instalação de uma prova de carga direta, deve-se proceder como segue:

a) a cota da superfície de carga deverá sempre ser a mesma que a das eventuais bases das sapatas da futura fundação;

b) a placa para aplicação das cargas ao solo deverá ser rígida, e terá uma área não inferior a 0,5 m2, será colocada sobre o solo em seu estado natural e devidamente nivelado, ocupando a área total do fundo de um poço. A relação entre a largura e a profundidade do poço para a prova deve ser a mesma que entre a largura e a profundidade da futura fundação;

c) ao abrir-se o poço, todos os cuidados serão necessários para evitar alteração do grau de umidade natural e amolgamento do solo na superfície de carga;

d) em torno da placa de prova (ou poço) o terreno deverá ser aplainado e não deverão existir cargas aplicadas a ele dentro de uma faixa de largura pelo menos igual ao diâmetro ou lado da placa;

e) o dispositivo de transmissão de carga deve ser tal que a mesma seja aplicada verticalmente, no centro da placa, e de modo a não produzir choques ou trepidações. É aconselhado o uso de macaco hidráulico munido de bomba e manômetro devidamente aferidos, reagindo contra uma carga de reação (caixão carregado, ancoragem, etc.);

f) os recalques devem ser medidos por extensômetros sensíveis a 0,01 mm, colocados em dois pontos diametralmente opostos da placa;

g) os dispositivos de referência para medidas de recalque devem estar livres da influência dos movimentos da placa, do terreno circunvizinho, do caixão ou das ancoragens; seus apoios devem achar-se a uma distância igual a pelo menos 1,5 vez o diâmetro ou lado da placa, medida a partir do centro desta última;

h) as trepidações de qualquer espécie devem ser evitadas durante a execução das provas de carga.

Local de execução do ensaio numa obra. Escavação na cota das sapatas.

1.3 Execução da prova de carga

Preparação do assentamento da placa. Cabos dos tirantes já executados.

Para a execução da prova deve-se observar o seguinte processo:

a) carga aplicada à placa em estágios sucessivos de no máximo 20% da taxa admissível provável do solo;

b) em cada estágio de carga, os recalques serão lidos imediatamente após a aplicação desta carga e após intervalos de tempo sucessivamente dobrados (1, 2, 4, 8, 15 minutos, etc.). Só será aplicado novo acréscimo de carga depois de verificada a estabilização dos recalques (com tolerância máxima de 5% do recalque total neste estágio, entre leituras sucessivas);

c) o ensaio deve ser levado até pelo menos observar-se um recalque total de 25 mm ou até atingir-se o dobro da taxa admitida para o solo;

d) a carga máxima alcançada no ensaio, caso não se vá até à ruptura, deve ser mantida pelo menos durante 12 h;

e) a descarga deve ser feita em estágios sucessivos, não superiores a 25% da carga total, lendo-se os recalques de maneira idêntica à do carregamento e mantendo-se cada estágio até a estabilização dos recalques, dentro da precisão admitida.

Macaco e vigas posicionadas. Ensaio em andamento.

1.4 Resultados

Como resultados do ensaio será apresentada uma curva pressão-recalque onde figuram as observações feitas no início e fim de cada estágio de carga, com indicação dos tempos decorridos. Em anexo à curva de resultados serão fornecidas ainda as seguintes informações:

a) dia e hora do início e fim da prova;

b) situação do local da prova no terreno e cota da superfície carregada em relação a um RN bem determinado;

c) corte do poço de prova com indicação de dimensões e natureza do terreno até pelo menos uma vez e meia a menor dimensão da placa abaixo da superfície de carga;

d) referência aos dispositivos de carga e de medida;

Macaco e vigas posicionadas. Ensaio em andamento.

e) ocorrências excepcionais durante a carga. Por exemplo: perturbação nos dispositivos de carga e de medida, modificações na superfície do terreno adjacente à prova, etc

- Detalhe do macaco e dos deflectometros, posicionados junto a placa (D=80cm).

1.2) COM SISTEMA DE REAÇÃO COMPOSTO POR CARGUEIRA DE CONCRETO REAGIDO CONTRA A PLACA E MACACO HIDRÁULICO:

INSTALAÇÃO DO MACACO ENERPAC CAPACIDADE 100 T

MONTAGEM DA VIGA E REFERENCIA EM PLACAS FIXAS DE AÇO

MACACO DE PROTENSÃO MANUAL PARA CARGA HIDRÁULICA DO MACACO ENERPAC COM MANOMETRO CAPACIDADE DE LEITURA 700 KG / CM2

LEITURA DAS DEFORMAÇÕES COM PAQUIMETRO DIGITAL APÓS APLICAÇÃO DA CARGA

LEITURA DO PAQUIMETRO ELETRONICO A MEDIDA QUE É IMPOSTA A CARGA DO MACACO REAGINDO CONTRA A CARGUEIRA DE CONCRETO

                                  CARGUEIRA DE CONCRETO 14 PEÇAS DE 3.500,00 KG / PEÇA = 49.000 KG DE PESO

EQUIPE TÉCNICA ANALISANDO EVENTUAL DEFORMAÇÃO PARA A CARGA DE TENSÃO DE SOLO ESPERADA DE 3 KG / CM2  NA UHE DE SINOP - MT

PROVA DE CARGA SOBRE PLACAS COM ESTRUTURA DE CAMINHÃO

CARGUEIRA DE CONCRETO REAGINDO CONTRA PLACA METÁLICA DE AÇO COM ÁREA = 5.026,55 CM2

CARGUEIRA POSICIONADA PARA REALIZAÇÃO DA PROVA DE CARGA

MACACO HIDRÁULICO POSICIONADO

INSTRUMENTAÇÃO MONTADA PARA LEITURA DAS DEFORMAÇÕES E REAÇÕES

2) PROVA DE CARGA ESTÁTICA :

O ensaio é realizado pelo carregamento de uma estaca até duas vezes a carga de trabalho, através de macacos reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio são registrados as cargas aplicadas x deformações do solo.

-Execução da Prova de Carga Estática sobre uma estaca HÉLICE CONTÍNUA.

- Posicionamento do capitel metálico (cargueira) e tirantes de cordoalha já executados.

- Macaco e cargueira posicionadas. Ensaio em andamento, com deflectometros.

Prova de carga com dois capiteis metálicos

3)PROVA DE CARGA DINÂMICA :

Também chamado de ensaio dinâmico, é um ensaio que objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca, em uma seção situada pelo menos duas vezes o diâmetro abaixo do topo da mesma. O sinal dos sensores são enviados por cabo ao equipamento PDA, que armazena e processa os resultados.

PDA – Prova De Carga Dinâmica e também conhecido como Ensaio Dinâmico ou Ensaio de Carregamento Dinâmico.

Finalidade do teste: 

Conhecer de uma forma rápida e econômica a capacidade de carga das estacas. 

Objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais.

Ao mesmo tempo avalia a integridade das estacas e a eficiência dos sistemas de cravação, bem como otimiza o projeto de fundação evitando custos excessivos devido a comprimentos extras de estacas ou altos coeficientes de segurança.

Detecta danos na estaca, indicando a extensão e a localização.

Uso:

pode ser utilizado em praticamente qualquer tipo de estaca.

Vantagens do teste:

além de obter a capacidade de ruptura do solo, obter dados das tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca durante os golpes, da flexão sofrida pela estaca durante o golpe, da integridade da estaca (com localização do eventual dano e estimativa de sua intensidade), da energia efetivamente transferida para a estaca (permitindo estimar a eficiência do sistema de cravação) e do deslocamento máximo da estaca durante o golpe.

Ensaio de prova de carga dinâmica

Como é feito:

é feito através da instalação de sensores no fuste da estaca, em uma seção situada pelo menos duas vezes o diâmetro abaixo do topo da mesma. 

Os sinais dos sensores são enviados por cabo ao equipamento PDA, que armazena e processa os sinais “online”.

Uma estaca é golpeada por um martelo, ondas resultantes do impacto se propagam ao longo da mesma. Em estacas de concreto, essas ondas viajam a 3.500m/s. À medida que as ondas percorrem a estaca, sua intensidade gradualmente se modifica, pois é necessário consumir a energia do impacto para que a estaca supere a resistência do solo do atrito lateral e de ponta e penetre no terreno. 

Utilizando-se uma instrumentação adequada, é possível medir a intensidade das ondas de impacto do martelo, e as alterações que as mesmas sofrem devido à resistência do solo. 

Os sinais são monitorados e armazenados através do equipamento denominado PDA – Pile Driving Analyzer.

Normas:

NBR: a metodologia do ECD encontra-se normalizada através da NBR-13208, de outubro de 1994. 

Existem normas para ECD também em vários outros países, dentro os quais citamos: Austrália (AS 2159-1995); Alemanha (Comitê 2.1 da DGGT- recomendações para futura inclusão na norma DIN); China (JGJ 106-97); Estados Unidos (ASTM D 4945-89 e outras); Inglaterra (Specification for Piling – Institution of Civil Engineers – capítulo 11.1).

Dados adicionais: A prova de carga dinâmica difere das tradicionais provas de cargas estáticas pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de percussão adequado.

Através da análise CAPWAP é possível separar-se a parcela de resistência devida a atrito lateral da resistência de ponta, e determinar a distribuição de atrito ao longo do fuste. Essa análise, geralmente feita posteriormente em escritório a partir dos dados armazenados pelo PDA, permite também obter outros dados de interesse, como o limite de deformação elástica do solo. A execução da prova de carga dinâmica encontra condições ideais no caso de estacas cravadas.

- Equipamentos - Guindaste e Torre para martelo de 12,5t

Detalhe do martelo sobre o bloco de coroamento da estaca.

- Sensores da Prova de Carga Dinâmica

Prova de Carga em estacas - Ensaios com carregamento dinâmico

4.2) Ensaios de carregamento dinâmico:

Outro controle de campo que também pode ser usado nas estacas cravadas é o ensaio de carregamento dinâmico (Foto 2) também conhecido como “ensaio PDA” (Pile Driving Analyser), que utilizando as equações desenvolvidas com base na equação da onda permite estimar a carga mobilizada, durante a cravação ou na recravação (decorrido um tempo após a cravação). Este ensaio também é feito geralmente quando a estaca atinge a cota de ponta prevista no projeto.

Para realizar este ensaio instala-se na estaca um par de acelerômetros e um par de medidores de deformação específica, conforme se mostra na Foto 2.

Sob a ação de um golpe do pilão mede-se “on line” no computador acoplado ao sistema, a aceleração da seção instrumentada e sua deformação, obtendo-se um gráfico conforme mostrado na Figura 8. Para a obtenção desse gráfico transforma-se a aceleração em velocidade (por integração ao longo do tempo) que multiplicada pela impedância (E*A/c) fornece uma força. Analogamente usando-se a deformação e aplicando-se a equação de Hooke obtêm-se a força imposta pelo golpe do pilão à seção instrumentada da estaca.

Utilizando-se a teoria da equação da onda sobre o sinal obtido é possível determinar a carga mobilizada na estaca aplicada pelo golpe do pilão ale de se poder estimar a transferência de carga estaca solo utilizando-se a análise “CAPWAP”.

Como o programa CAPWAP necessita de “inputs” há necessidade de se avaliar se os mesmos estão adequados. Isto pode ser feito de maneira rápida, comparando-se os valores de DMX calculado pelo PDA com o repique medido (Foto 3). Os dois têm que ser da mesma ordem de grandeza, já que o repique é a solução gráfica da Equação da Onda em termos de deslocamentos máximos e mínimos, medidos na seção instrumentada e independe de correlações.

Ensaio de Carregamento Dinâmico

O que é Ensaio de Carregamento Dinâmico (ECD)?

Também chamado de ensaio dinâmico ou prova de carga dinâmica, é um ensaio que objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca, em uma seção situada pelo menos duas vezes o diâmetro abaixo do topo da mesma. O sinal dos sensores são enviados por cabo ao equipamento PDA, que armazena e processa os sinais "on line". 

É um ensaio novo?

O ECD é baseado na teoria da onda. É fato sabido a muito tempo que quando uma estaca é atingida por um golpe, é gerada uma onda de tensão. Essa onda trafega com uma velocidade fixa e dependente apenas das características do material.  O início da aplicação destes conhecimentos na prática, porém, data  da década de 1960, com o progresso dos computadores e da eletrônica. O trabalho de E.A.Smith (1960) foi a primeira solução da equação da onda usando computadores. As pesquisas que culminaram com o desenvolvimento do PDA e do método  de ensaio dinâmico iniciaram-se no final dos anos 60, chefiadas pelo Prof. George G. Goble, na Universidade Case Western, EUA.  

Que sensores são usados e como são instalados?

São usados dois pares de sensores como os mostrados ao lado.

 O sensor da direita é um transdutor de deformação específica. Ele gera uma tensão proporcional à deformação sofrida pelo material da estaca durante o golpe.

 O sensor da esquerda é um acelerômetro, que gera uma tensão proporcional à aceleração das partículas da estaca. 

O sinal de cada um dos transdutores de deformação é multiplicado pelo módulo de elasticidade do material da estaca e pela área de seção na região dos sensores, para obtenção da evolução da força em relação ao tempo. Por isso esses transdutores as vezes são chamados de sensores de força. O PDA tira a média dos dois sinais de força assim obtidos, a fim de detectar e compensar os efeitos da excentricidade do golpe. 

O sinal de cada um dos acelerômetros é integrado, para obtenção da evolução da velocidade de deslocamento da partícula com o tempo. Por isso esses transdutores as vezes são chamados de sensores de velocidade. Da mesma forma que os sinais de força, o PDA também trabalha com a média dos dois sinais de velocidade assim obtidos. 

São instalados dois pares de sensores, em posições opostas em relação ao eixo de simetria da estaca ( foto 1). Para fixação dos parafusos, são instalados chumbadores de expansão nas estacas de concreto ( foto 2), ou são feitos furos com rosca nas estacas tubulares metálicas. No caso de perfis metálicos ou trilhos, são feitos furos passantes, e os parafusos apertados através de porcas ( foto 3). 

Que informações podem ser obtidas com o ECD ?

O principal objetivo do ECD é o de obter a capacidade de ruptura do solo. Entretanto, paralelamente muitos outros dados podem ser obtidos pelo ensaio. Alguns dos mais importantes são:

Tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca durante os golpes.

Nível de flexão sofrido pela estaca durante o golpe.

Informações sobre a integridade da estaca, com localização de eventual dano, e estimativa de sua intensidade.

Energia efetivamente transferida para a estaca, permitindo estimar a eficiência do sistema de cravação.

Deslocamento máximo da estaca durante o golpe.

Velocidade de aplicação dos golpes, e estimativa de altura de queda para martelos Diesel de ação simples.

Através da análise CAPWAP®, é possível separar-se a parcela de resistência devida a atrito lateral da resistência de ponta, e determinar a distribuição de atrito ao longo do fuste. Essa análise, geralmente feita posteriormente em escritório a partir dos dados armazenados pelo PDA, permite também obter outros dados de interesse, como o limite de deformação elástica do solo. 

 Como é feito o ECD em estacas cravadas?

Existem duas maneiras básicas de fazer o ECD em estacas cravadas:

É possível instalar os sensores no início da cravação, e ir registrando os golpes à medida que a estaca penetra no solo. Esse tipo de ensaio visa obter informações como desempenho do sistema de cravação, riscos de quebra, etc. A capacidade de carga de uma estaca ao final da cravação geralmente é diferente daquela após um período de repouso, devido a fenômenos como dissipação de poro-pressão, relaxação, etc. Portanto, a capacidade medida ao final da cravação não pode ser comparada diretamente com o resultado de uma prova estática.

Para determinação da correta capacidade de carga de longo prazo da estaca cravada é recomendável fazer-se o ensaio em uma recravação, realizada alguns dias após o término da cravação. O intervalo de tempo entre o final da cravação e a realização do ensaio deverá ser o maior possível, principalmente em solos argilosos ou que exibam relaxação. O bate-estacas é reposicionado na estaca, os sensores são instalados e em seguida são aplicados alguns poucos golpes. Quando é possível controlar a altura de queda do martelo, é usual começar-se com uma altura baixa, e ir-se aumentando gradualmente a energia aplicada, até que se verifique a ruptura do solo, ou se o PDA indicar tensões que ponham em risco a integridade do material da estaca.  A ruptura do solo geralmente é caracterizada quando a resistência deixa de aumentar (ou as vezes até diminui) com o aumento da altura de queda. 

Como é feito o ECD em estacas moldadas "in loco"?

Em estacas moldadas "in loco", é necessário fazer um preparo prévio, que consiste na execução de um bloco de concreto armado (fck>30 MPa) para receber os impactos. O bloco deverá ter seção transversal parecida com a da estaca, e altura de cerca de 1,0 m. Os sensores devem ser  instalados no fuste da estaca, e não no bloco ( foto 4). Os golpes são aplicados por qualquer sistema capaz de liberar um peso em queda livre. O pilão a ser utilizado deverá ter um peso correspondente a de 2% a 3% da carga de trabalho prevista para a estaca (ver também pergunta 10). Deve-se usar chapas de madeira compensada, as vezes encimadas por uma chapa metálica, para amortecimento dos golpes ( foto 5). O ensaio é executado da mesma maneira que no item 2 anterior, exceto que geralmente nesses casos é necessário cautela para que a estaca não entre em regime de cravação. 

O ECD fornece resultados na hora?

A capacidade de carga é calculada pelo PDA entre dois golpes sucessivos. Entretanto, isso é feito usando um algoritmo simplificado, chamado de "Método CASE". Esse resultado só é válido para estacas homogêneas, e tem que ser confirmado posteriormente por pelo menos uma análise CAPWAP®. No caso de estacas homogêneas, é comum fazer-se uma análise CAPWAP® somente, e usar os parâmetros obtidos nessa análise para aferir os resultados obtidos pelo método CASE para as demais estacas. O PDA fornece em campo outros resultados, como máximas tensões durante o golpe, energia máxima transferida, etc. Esses valores em geral podem ser usados diretamente. 

O ECD fornece diretamente a capacidade de carga estática?

Sim. O ECD leva em consideração que o deslocamento rápido da estaca num meio viscoso como o solo produz uma resistência estática e uma dinâmica. Essa última é subtraída da resistência total medida, sendo sempre informado apenas o valor da resistência estática. Na análise CAPWAP®, a resistência dinâmica é determinada por meios matemáticos, a partir da forma dos sinais de força e velocidade medidos. No método CASE usado em campo, o percentual de resistência dinâmica é definido através de um fator (chamado de Jc, ou simplesmente "jota"). O valor correto de Jc é geralmente determinado através de correlação com o resultado da análise CAPWAP®. Na falta dessa correlação, poderá ser usado um valor para Jc estimado a partir da classificação do solo. Nesse caso, o valor informado de capacidade será necessariamente sujeito a confirmação. Uma possibilidade nesses casos é variar-se o Jc dentro de limites razoáveis, e informar a capacidade dentro de uma faixa possível.

É interessante saber que o PDA pode processar os dados em unidades métricas, no Sistema Internacional (SI) ou em unidades inglesas. Os resultados são fornecidos diretamente no sistema de unidades escolhido, sem necessidade de qualquer conversão. 

O ECD pode ser usado em qualquer tipo de estaca?

Sim, em praticamente todo tipo de estaca. É preciso apenas ter cautela no caso de estacas tipo raiz, onde grandes e imprevisíveis variações de área de seção são possíveis. No caso de estacas com variações planejadas de características ao longo do fuste, a única restrição é que o método simplificado CASE não se aplica, e terá que ser necessariamente feita uma análise CAPWAP®. Essa mesma consideração se aplica para estacas com moderadas variações imprevistas, como ocorre muitas vezes em estacas moldadas "in loco". 

Quantos ensaios podem ser feitos por dia?

Com base em nossa experiência, elaboramos a tabela abaixo que dá uma estimativa do número de ensaios que é usual fazer-se em um dia. Essa tabela é apenas uma estimativa, já que inúmeros fatores imprevisíveis podem influir no rendimento do serviço:

Tipo de ensaio Número de estacas por dia

Recravação - estacas pré-moldadas, trilho ou perfil - em terra - um bate-estacas disponível 4 a 7

Recravação - estacas pré-moldadas, trilho ou perfil - em terra - mais de um bate-estacas disponíveis para o ensaio, ou bate-estacas sobre esteira 5 a 10

Estaca moldada "in loco" (Franki, hélice contínua, etc.) 3 a 5

Cravação - estacas pré-moldadas, trilho ou perfil - em terra 3 a 5

Cravação - estacas pré-moldadas ou tubulares metálicas - em água 1 a 2

Recravação - estacas pré-moldadas ou tubulares metálicas - em água 1 a 3

Que tipo de martelo devo usar?

É importante usar um martelo capaz de aplicar uma energia que mobilize o máximo possível da resistência disponível do solo. É comum um martelo ser capaz de cravar uma estaca, porém não possuir energia suficiente para mobilizar toda a resistência, passados alguns dias do término da cravação. No caso de se dispor de martelo de queda livre, pode-se aumentar a altura de queda, até certo limite. Para estacas moldadas "in loco", sugere-se o uso de um pilão com peso equivalente a de 1 % a 1,5% da carga de ruptura que se deseja medir. Para fator de segurança mínimo igual a 2,0, isto corresponde a de 2% a 3% da carga de trabalho. Por exemplo, estaca para carga de trabalho igual a 100 tf, com fator de segurança igual a 2,0 é necessário medir 200 tf. O pilão deverá ter de 2 a 3 tf. 

Existem correlações entre provas estáticas e ECD?

Inúmeras. Desde o início do desenvolvimento do método têm sido feitas comparações entre seus resultados e provas estáticas. Diversos trabalhos têm sido publicados ao redor do mundo, mostrando boas coincidências  dos resultados dos dois tipos de ensaios, em vários tipos de estacas nos mais diversos tipos de solo.  

Qual o grau de precisão do ECD?

É uma pergunta de difícil resposta, na medida em que não existe um padrão absoluto com o qual se possa comparar os resultados do ECD. Em primeiro lugar, para que os resultados dos dois ensaios possam ser comparados, é necessário que sejam atendidas diversas condições:

Ambos os ensaios devem ter sido feitos na mesma época, ou seja, um intervalo de tempo aproximadamente igual deve ter transcorrido entre o final da cravação e ambas as provas.

A estaca não deve ter tido suas características muito alteradas pelo primeiro dos ensaios efetuados.

Ambos os ensaios devem ter sido levados à ruptura.

A outra dificuldade se prende à definição de ruptura. Uma mesma prova de carga estática pode produzir várias cargas de ruptura, de acordo com o critério de interpretação utilizado. Como regra geral, pode-se estabelecer os seguintes critérios na interpretação dos resultados do ECD:

Se tiver sido caracterizada a ruptura do solo durante o ECD, e se o ensaio foi feito um tempo suficientemente longo após a cravação, o valor obtido no ECD deve ser considerado como muito próximo da real carga de ruptura para essa estaca. O valor obtido jamais deverá ser multiplicado por qualquer fator de correção para a obtenção de um "valor estático".

Se não tiver sido caracterizada a ruptura do solo durante o ECD, então o valor obtido estará necessariamente abaixo da real carga de ruptura para essa estaca. Se a máxima carga mobilizada no ensaio já for superior à carga de trabalho multiplicada pelo fator de segurança, pode-se dizer com segurança que a estaca atende aos requisitos de projeto. A possibilidade de extrapolação dos resultados do ECD para determinar a real carga de ruptura ainda precisa ser mais investigada.

Os sensores e demais circuitos utilizados são especificados para uma precisão de 2%. Assim, como o cálculo de resistência depende dos valores da força e da velocidade, a precisão desse cálculo será sempre melhor que 4%. Isso não quer dizer, no entanto, que a precisão do método é de 4%. Na realidade, como a faixa de variação dos valores de ruptura do solo obtidos com os diversos critérios de interpretação das provas estáticas é bem maior do que 4%, essa possível variação nos resultados do ECD se torna irrelevante. 

O ECD é aceito pela norma?

Sim. A norma NBR-6122 diz que o Ensaio de Carregamento Dinâmico pode ser usado como uma das maneiras para avaliar a capacidade de carga de uma estaca, assim como uma prova de carga estática não levada à ruptura. A norma exige a prova de carga estática apenas para determinação da  real carga de ruptura de uma estaca. Além disso, a NBR-6122 prevê a possibilidade de redução do fator de segurança de 2,0 para 1,6, em qualquer estaqueamento onde seja feito um número previamente estabelecido de ensaios, ficando a critério do projetista a quantidade e o tipo dos mesmos. No capítulo específico de estacas pré-moldadas de concreto, a norma prevê a possibilidade de utilização da estaca até a máxima capacidade estrutural estabelecida de 35 MPa, somente se for realizado um número suficiente de ensaios. Esse número é definido como pelo menos 3% do total de estacas com mesmas características em uma obra (num mínimo de 3 estacas), se forem realizados ECD, ou pelo menos 1% das estacas com mesmas características  na obra (mínimo de 1 estaca), se forem realizadas provas estáticas.

A metodologia do ECD encontra-se normalizada através da NBR-13208, de outubro de 1994.

Existem normas para ECD também em vários outros países, dentre os quais citamos:

Austrália (AS 2159-1995)

Alemanha (Comitê 2.1 da DGGT-recomendações para futura inclusão na norma DIN)

China (JGJ 106-97)

Estados Unidos (ASTM D 4945-89 e outras)

Inglaterra (Specification for Piling - Institution of Civil Engineers - capítulo 11.1) 

O ECD substitui as provas estáticas?

Sim e não. O ECD é muito mais rápido do que as provas estáticas, e tem um custo mais baixo e praticamente independente da carga que se vai medir. Tem também a vantagem de causar pouco transtorno à obra, pois não exige a parada de equipamentos ao redor da estaca sob teste. É natural, portanto, que haja interesse em substituir as provas estáticas por ECD. No caso mais comum, se for desejado apenas confirmar se as estacas atendem aos requisitos de projeto, o ECD sozinho pode ser suficiente. Caso por algum motivo se deseje determinar a real carga de ruptura de uma estaca, será necessário efetuar uma prova de carga estática, necessariamente levada à ruptura (e não extrapolada, caso em que terá o mesmo valor que o ECD). Em solos com características incomuns ou desconhecidas, é sempre aconselhável fazer-se pelo menos uma prova estática de aferição, para verificar se a metodologia adotada para os ECD  está correta. É o caso por exemplo de solos que exibem relaxação, onde o ECD deve ser preferencialmente feito bastante tempo após a cravação das estacas, e a capacidade determinada através de um primeiro golpe de alta energia.     

PROVA DE CARGA COM CÉLULAS DE CARGA BIDIRECUONAIS :

Estudo do comportamento de prova de carga bidirecional Arcos por meio de experimentos laboratoriais

As fundações são um dos principais elementos estruturais em um empreendimento. Elas são responsáveis por suportar as cargas da superestrutura e transmitir os carregamentos ao solo. 

A melhor maneira de certificar a capacidade de carga das fundações se dá pela realização de provas de cargas estáticas ou dinâmicas.

Por meio desse procedimento é possível analisar o comportamento da carga em relação ao deslocamento das fundações, avaliando a sua adequação ao projeto.

Existem algumas recomendações contidas na Norma NBR 6122 que devem ser cumpridas. É válido ressaltar que a Norma está passando por uma série de modificações, o que favorece o setor da engenharia, uma vez que o teste de carga já sofreu inúmeras mudanças.

Dentre os principais tipos de fundações existentes a fundação profunda e as estacas escavadas são os mais comuns. No caso de estacas moldadas in loco pode-se utilizar o ensaio bidirecional para a avaliação de seu desempenho.

Interessou-se pelo assunto?

 Então, continue a leitura do estudo realizado por Juliana Barbosa Bittencourt Baêta, Leandro Neves Duarte, Carolina Radaele, José Otonni Eloy, Marcelo Minetti, Edmilson Freitas e Tales Moreira de Oliveira, e veja o comportamento de prova de carga bidirecional Arcos, por meio de experimentos laboratoriais, a fim de avaliar cargas atuantes na estaca e comparar os resultados com conceitos já existentes.

O que é o ensaio de prova de carga bidirecional?

O ensaio de prova de carga bidirecional tem como função avaliar o equilíbrio das tensões atuantes no fuste e na ponta da estaca ensaiada. Há o acionamento das células por meio do bombeamento hidráulico, a uma profundidade pré-determinada em projeto.

Dessa maneira, a parte da estaca que se localiza abaixo da célula, que tem resistência de ponta e o atrito lateral, reage ao contrário da parcela localizada acima da célula (que conta apenas com o atrito lateral do trecho superior).

Quais os equipamentos utilizados?

Para a realização dos ensaios foi necessária a utilização de três anéis dinamométricos, cada um com uma configuração e calibração diferente, para se obter maior precisão nos resultados.

O processo de calibração foi realizado em um prensa de compressão triaxial. Após este processo, foram adicionados incrementos de deslocamento de 0,05 mm e, com o auxílio de uma célula de carga, foi possível obter as medidas de força correspondentes.

Ao se analisar a lei de Hooke (F = k. ∆l (1)), que relaciona a deformação de um corpo com a força exercida sobre ele é possível obter os valores da constante característica de cada um dos anéis.

Considerando, agora, o princípio de Pascal, o macaco hidráulico tem a função de exercer uma força através do seu êmbolo, por meio de uma determinada pressão aplicada. No ensaio em questão, esse equipamento foi utilizado para representar o papel de uma célula estática no ensaio bidirecional, como pode ser visto na Figura 1.

Como os testes foram realizados?

Para tentar trazer a maior realidade possível ao teste, foi idealizado, no laboratório, o que realmente ocorre no campo em um ensaio de prova de carga bidirecional. Para tanto, foi criada uma representação que consiste em um conjunto de dois anéis dinamométricos e um macaco hidráulico, posicionado entre os anéis.

É importante prestar atenção na correlação presente entre o ensaio de campo e o ensaio do laboratório, analisando a aplicação da Lei de Hooke em ambos os casos. Para facilitar e prover uma melhor análise dos resultados deve-se realizar diversos arranjos, variando o posicionamento dos anéis.

Ao se utilizar o macaco hidráulico deve-se aplicar incrementos de pressão na ordem de 1,5 kgf/cm². Esses acréscimos foram associados aos deslocamentos lidos nos relógios e, de posse das constantes elásticas de cada anel, foram transformados em medidas de força.

Figura 2: Associação do macaco com os anéis dinamométricos

Afinal, qual o comportamento de prova de carga bidirecional?

Os resultados encontrados do comportamento de prova de carga bidirecional realizado pela Arcos por meio de experimentos laboratoriais foram bem expressivos.

Partindo dos valores de força calculados em cada um dos arranjos, foi efetuada uma análise dos resultados separadamente, por arranjo. Em seguida, os resultados foram analisados em conjunto.

É preciso atentar para a associação do AD1 na parte superior e o AD2 na parte inferior do macaco hidráulico. Assim, utilizando a equação da Lei de Hooke e os valores obtidos nas leituras foi possível atingir os resultados a seguir:

Leituras obtidas na associação AD1/AD2

Pressão (kgf/cm²) Delta H AD1 (mm) Delta H AD2 (mm) F1 (kgf) F2 (kgf) Diferença (%)

4,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

5,50 0,39 0,37 85,10 82,81 2,69

7,00 0,68 0,64 148,38 143,24 3,46

8,50 0,99 0,93 216,02 208,14 3,65

10,00 1,34 1,26 292,39 282,00 3,55

11,50 1,62 1,53 353,48 342,43 3,13

13,00 1,98 1,86 432,04 416,29 3,65

É válido ressaltar, ainda, que a diferença média, em pontos percentuais, foi de 2,87. Em outras palavras, pode-se dizer que o erro foi pequeno, considerando, então, que as forças são iguais. Nesse caso, os anéis tiveram a função de representar solos com resistências equivalentes.

Analisando a relação AD1/AD3, com os mesmos parâmetros, foi possível chegar nos seguintes resultados:

Leituras obtidas na associação AD1/AD3

Pressão (kgf/cm²) Delta H AD1 (mm) Delta H AD2 (mm) F1 (kgf) F2 (kgf) Diferença (%)

4,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

5,50 0,24 0,11 52,37 50,80 3,00

7,00 0,52 0,24 113,46 110,83 2,32

8,50 0,83 0,38 181,11 175,48 3,10

10,00 1,15 0,53 250,93 244,75 2,46

11,50 1,47 0,68 320,75 314,02 2,10

13,00 1,77 0,82 386,21 378,68 1,95

Já neste caso, a diferença média percentual foi de 2,13 pontos, o que apresenta o mesmo procedimento de análise. Portanto, pode-se considerar que as forças são iguais, ou seja, os anéis representam solos com resistências diferentes.

Por fim, foi analisada a relação AD2/AD3, obtendo os seguintes resultados:

Leituras obtidas na associação AD2/AD3

Pressão (kgf/cm²) Delta H AD1 (mm) Delta H AD2 (mm) F1 (kgf) F2 (kgf) Diferença (%)

4,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

5,50 0,22 0,10 49,24 46,18 6,21

8,50 0,78 0,38 174,57 175,48 0,52

10,00 1,05 0,51 235,00 235,53 0,22

11,50 1,34 0,65 299,92 300,17 0,09

13,00 1,64 0,80 367,05 369,44 0,65

A diferença média percentual entre AD2 e AD3 foi de 1,28 ponto. Mais uma vez, o valor apresentado foi pequeno, o que significa que as forças são iguais. Neste caso, os anéis também representam solos com resistências diferentes.

Foram realizados, ainda, outros três arranjos semelhantes aos já apresentados. A principal diferença está na disposição dos anéis, invertendo-os. Assim, analisou-se os arranjos AD2/AD1, AD3/AD1 e AD3/AD2. O erro médio (principal fator de análise) foi 2,19% (AD2/AD1), 1,37% (AD3/AD1) e 0,69% (AD3/AD2).

O que a análise de resultados nos dá?

O processo de análise de resultados pode nos dar um gama completa de informações. É possível verificar que as forças registradas nos anéis, em cada um dos ensaios, são muito próximas. Porém, apresentam-se com sentidos opostos, independentemente da resistência do anel.

A diferença presente entre as forças, medidas nos anéis, não são exatamente nulas. Elas têm valores ínfimos e portanto, os autores deste estudo concluem que esse erro pode ser desconsiderado, em termos práticos.

Ao analisar anéis que apresentam resistências diferentes, há a apresentação de leituras de deslocamento diferentes. Entretanto, utilizando as constantes elásticas atinge-se valores de forças iguais.

Dessa maneira, a análise dos resultados permite atestar a veracidade da homogeneidade na aplicação de forças, pelo sistema de prova de carga bidirecional, comprovando com as informações presentes nos gráficos de carga x deslocamento.

E, a conclusão?

Para concluir, pode-se dizer que o estudo do comportamento de prova de carga bidirecional Arcos por meio de experimentos laboratoriais utilizou a lei de ação e reação como método de prova.

Assim, afirma-se que quando a célula expansiva se desloca, ocorre a aplicação de forças em sentidos opostos na estaca. O elemento estrutural de fundação sofre uma solicitação na ponta, apresentando reações no fuste.

Já a porção da estaca posicionada abaixo da célula reage em sentido contrário à parcela localizada acima da célula. Para realizar a análise dos resultados, deve-se levar em consideração que a carga aplicada pela célula expansiva no sentido para cima é igual à aplicada no sentido para baixo, mas os deslocamentos podem ser diferentes.

RELATÓRIO DA PROVA DE CARGA VERTICAL ESTÁTICA À COMPRESSÃO

Vista do 1o bloco de estacas executadas pela Geobrás S.A.

Ao lado vemos o local onde será a prova de carga

2 - OBJETIVO :

Os procedimentos e especificações relativas a prova de carga vertical estática objetivam inicialmente estabelecer diretrizes básicas para obter elementos técnicos que viabilizem definir o comportamento da estaca cravada com martelo D-44. Posteriormente será executada estaca raíz perfurada internamente com diâmetro de 45 cm e com comprimento a ser definido de forma a permitir o embutimento no Gnaisse alterado ou decomposto. O conjunto (estaca pré - moldada mais estaca raiz), assim solidarizado constituirá um outro elemento de fundação monolítico integral que será então também submetido a prova de carga.

A análise do resultado dessa prova de carga permitirá um melhor conhecimento do comportamento solo / rocha, estaca e , em decorrência uma reavaliação do projeto em termos de segurança / economia.

A interpretação dos resultados das provas de carga, através de um relatório técnico com às eventuais recomendações / providências complementares, constituirá o objetivo e escopo final das provas de carga.

3 - ESCOPO TÉCNICO :

Esse documento tem por escopo estabelecer os procedimentos técnicos mínimos necessários à execução das provas de cargas sobre as estacas definidas anteriormente. Baseia-se na norma NBR - 6122 "Projeto e Execução de Fundações", de abril de 1996, e no método MB - 3472, de novembro de 1991 "Estaca - Prova de Carga Estática" ou NBR - 12131 da ABNT.

3.1 - METODOLOGIA EXECUTIVA :

3.1.1 - Sistema de Reação :

O sistema de reação adotado será constituído de seis (06) tirantes de 8 cordoalhas de 1/2" - CP - 190 - RB para carga máxima de 520 tf (5.200 Kn) do conjunto e, portanto, carga por tirante máxima de cerca de 87 tf (870 Kn). O fator de segurança individual de cada tirante será de:

 F.S. = Flim  =   123,4  tf    @  1,4  > 1,2  (OK !!!) => valor mínimo que a norma MB 3472 item 2.14 - b admite

             87          87,0 tf

 Esses tirantes serão tracionados individualmente por macacos hidráulicos com capacidade de 150 tf ( 1.500 Kn ) cada um, reagindo contra estrutura de aço especial (chapéu de aço), posicionado sobre o topo da estaca, conforme indicado nos desenhos em anexo. Uma única bomba de óleo atuará em 3 (três) macacos simultaneamente, dispostos defasados de 120°. Uma outra bomba complementará o sistema atuando sobre os 3 (três) outros macacos, também defasados de 120°. Dessa forma estará garantido que cada conjunto de 3 (três) macacos tenha exatamente a mesma carga e ainda que a resultante final de força atuante sobre a estaca esteja perfeitamente centrada axialmente, face à simetria do chapéu de reação.

 Essa sistemática é a melhor solução em provas de carga elevadas com reação por tirantes visto que como os deslocamentos elásticos e/ou residuais inexoráveis são sempre diferentes para cada tirante, não haverá rotação ou inclinação da estrutura de reação já que a força atuante em cada grupo de 3 tirantes é a mesma.

Vista do grupo de 3 tirantes ligados a uma única bomba 

 Os deslocamentos diferenciados dos cabos de aço apenas acarretam deslocamentos diferentes dos êmbolos dos macacos, sem alterar  a  axialidade  e a magnitude  da resultante

das forças.

A locação dos 6 (seis) tirantes no terreno está indicada nos desenhos anexos, tanto para as estacas verticais, como para estacas inclinadas.

Todo o conjunto do sistema de reação deverá ser aferido antes do início do carregamento com laudos de aferição fornecidos por órgãos oficiais.

3.1.2 - Preparo da Estaca :

Antes da colocação do chapéu de aço do sistema de reação a cabeça da estaca deverá ser preparada de modo que a seção da estaca seja plana e normal ao eixo da estaca. O concreto deve estar integro no trecho do corte. No caso não haverá necessidade de bloco de coroamento. Deverá ser colocado sobre a cabeça da estaca anéis de madeirit com cerca de 4 cm de altura, visando compensar irregularidades remanescentes do concreto e para distribuição uniforme de carga.

A determinação do centro da estaca deverá ser definida pela interseção de linhas horizontais ligando pares de pontos, diametralmente opostos, marcados no fuste da estaca.

3.1.3 - Locação e alinhamento dos furos para instalação dos tirantes :

O terreno em volta da estaca deverá estar nivelado com o plano da seção da cabeça da estaca de modo a facilitar a locação dos pontos onde deverão ser executados os tirantes. Dessa forma o terreno em volta da estaca estará paralelo ao plano da seção do topo da estaca, seja por aterro ou escavação conveniente, no caso de estar inclinada a estaca.

Deverá ser utilizado um gabarito de madeira. Nesse gabarito os eixos dos furos estarão locados defasados de 60° em relação ao eixo da estaca, coincidente com o eixo do gabarito, conforme desenho "locação dos tirantes no terreno para as estacas verticais". A altura H de corte da estaca será estabelecida em função de conveniências operacionais estabelecidas no canteiro.

3.1.4 - Preparo da Estaca :

Após a instalação dos tirantes de reação deverão ser executados os serviços de preparo da área para a operação da prova de carga abrangendo :

a) Muretas de proteção em volta da área dos tirantes.

b) Cobertura adequada para proteção das chuvas e ventos.

c) Iluminação que possibilite o trabalho noturno das leituras de instrumentação.

Muretas

Iluminação no interior 

Cobertura

3.1.4 - Montagem da Prova de Carga :

a) Limpeza e Preparo das cordoalhas dos tirantes ;

b) Fixação dos apoios das vigas de referência ( 4 vigas I 10 ") ;

c) Fixação nas vigas de referência, dos braços para instalação dos extensômetros ( 4 unidades) ;

d) Posicionamento do chapéu de aço da estrutura de reação perfeitamente centrado com o eixo da estaca ;

 e) Instalação dos 6 macacos e demais acessórios (placas, clavetes, etc.) ;

Detalhe dos macacos de protensão 

Bomba de Protensão

 Detalhe do tirante de 8 cordoalhas Ø 12,7 mm CP 190 RB

f) Colagem de placas de vidro (10 x 10 x 0,3 cm) próximo ao topo da estaca (apoio dos extensômetros) em cantoneiras L 6" x 6" x 10 cm fixadas na estaca ;

 g) Instalação de 4 (quatro) extensômetros diametralmente opostos em relação à seção da estaca ;

 h) Instalação de termômetro próximo aos extensômetros ;

 i) Ajuste do sistema através de carga inicial (cerca de 5 tf), para esticar os cabos e fixar os clavetes ;

 j) Aferição local do conjunto de prova de carga visando determinar, durante pelo menos 24 horas, a influência das condições ambientais (variação de temperatura) na instrumentação. Dessa forma a sensibilidade dos extensômetros será determinada através de leituras simultâneas de temperatura do ambiente, possibilitando estabelecer gráficos de variação e os períodos em que não ocorrem alteração significativa nos extensômetros.

Leitura do relógio comparador 

6 - EXECUÇÃO DA ESTACA RAÍZ :

Depois de concluída a prova de carga na estaca pré-moldada, se necessário e a critério do projetista da obra, toda a estrutura da reação (capacete de aço, macacos, etc) será removida para possibilitar a execução da estaca raíz internamente à estaca de concreto.

Os tirantes serão afastados e protegidos de forma a evitar danos às cordoalhas durante a execução da estaca raíz.

Concluída a execução da estaca raíz e aguardado o tempo necessário da cura da argamassa ou calda, todos os procedimentos anteriores serão repetidos para a execução da prova de carga no novo elemento estrutural da fundação.

Término da Prova de Carga e desmontagem dos equipamentos

7 - RESULTADOS :

PROVA DE CARGA À COMPRESSÃO - QUADRO RESUMO

PORTO PECÉM

ESTACA TESTE Øe= 0,80m Øi= 0,50m

PERIODO: DE 09 A 10/OUTUBRO/97

 8 - BIBLIOGRAFIA  PROVA DE CARGA PORTO DO PECÉM:

Engo Marcílio de Oliveira 

Eng° Luiz Antonio Naresi Júnior

Engº Francisco Caputo

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