Prova de Carga Estática (PCE) - Melhoria nos Projetos de Fundação.
Quando realizar a prova de carga?
A ABTN NBR 6122:2010 Projeto e execução de fundações estabelece, no item 6.2.1.2.2 - Resistência obtida por provas de carga executadas na fase de elaboração ou adequação do projeto, que:
- a prova de carga seja do tipo estática;
- a prova de carga seja especificada na fase de projeto e executada no início da obra;
- a prova de carga seja levada até uma carga mínima de duas vezes a carga admissível prevista em projeto.
Interpretação do resultado de uma prova de carga
Nos casos em que o ensaio não conseguiu atingir a ruptura nítida do conjunto solo-estaca, pode-se adotar diferentes métodos de definição da carga de ruptura e/ou de extrapolação da curva carga-recalque: Décourt Hyperbolic (1999), Davisson (1972), Brinch Hansen - Critério 80% (1963), Chin Modificado (1970), De Beer (1968), Mazurkiewicz (1980).
Fellenius (1980) comenta que a definição da carga de ruptura da estaca não é simples e exige do engenheiro geotécnico o entendimento do comportamento esperado no ensaio e as cargas previstas no projeto. Os métodos de extrapolação da curva carga-recalque permitem "construir" a curva além da carga máxima aplicada no ensaio. Isto é muito tentador, e fácil de enganar a si mesmo e acreditar que a parte extrapolada da curva é tão verdadeira quanto a medida.
Na figura a seguir, tem-se o resultado das análises de Hasnat1, et all (2012), as quais avaliam a aplicação dos diferentes métodos de previsão da carga de ruptura, em ensaios de prova de carga em estacas. A relação Qp/Qm se refere à comparação entre a carga prevista ou extrapolada e a medida no ensaio.
A Norma Brasileira apresenta um critério de definição da carga de ruptura, assim definida:
Sr = [(P x L)/(A x E)] + (D/30)
Sr - recalque de ruptura convencional
P - carga de ruptura convencional
L - comprimento da estaca
A - área da seção transversal da estaca
E - módulo de elasticidade do material da estaca
D - diâmetro do círculo circunscrito à estaca
A experiência da prática de engenharia geotécnica, corroborada por resultados de provas de carga, tem levado a definição da carga de ruptura a partir de limites estabelecidos de recalques, assim definidos:
Sr = 10% D
Satrito = 2% D
Sr - recalque de ruptura convencional
Satrito - recalque necessário para mobilizar o atrito lateral
D - diâmetro do círculo circunscrito à estaca
Projeto da Prova de Carga (PCE)
O projeto da prova de carga deve ser elaborado pelo Projetista da Fundação, com vistas ao melhor aproveitamento dos resultados no projeto de fundação. O Projetista da Fundação deverá fazer as seguintes especificações:
- localização da prova de carga no terreno;
- tipo de estaca a ser ensaiada;
- dimensões e especificações técnicas da estaca teste;
- dimensionamento e detalhamento das estacas ou tirantes de reação;
- especificação da carga de ensaio;
- definição da metodologia de aplicação dos estágios de carregamento;
- acompanhamento do ensaio.
Execução da Prova de Carga (PCE)
A empresa executora do ensaio deverá dispor dos equipamentos necessários para a realização da prova de carga. São eles:
- macaco hidráulico para aplicação das cargas, com capacidade de atender à carga especificada no projeto;
- célula de carga para leitura dos estágios de cargas;
- medidores de deslocamento (extensômetros);
- sistema de reação, geralmente composto de vigas metálicas.
É fundamental que as leituras dos estágios de carregamento sejam feitas por meio de células de cargas aferidas e calibradas. É comum, empresas utilizarem os manômetros do macaco hidráulico como instrumento de leitura das cargas.
Segundo Fellenius (1984), para leituras cargas superiores a 200 tf, o uso do manômetro do macaco hidráulico pode levar a erros de leitura de 20% nos estágios de carregamento, e de 5% no descarregamento. Tal imprecisão, compromete a qualidade dos resultados do ensaio.
Resultados da prova de carga (PCE):
A prova de carga traz como resultado a curva carga-recalque. É importante frisar que se trata da análise de uma estaca isolada, cujo atrito lateral mobilizado é sempre positivo e não se tem o efeito de grupo. O comportamento carga-recalque é avaliado, em geral, apenas pela carga aplicada na cabeça da estaca teste.
Em contrapartida, os estágios de carregamento são rápidos, quando comparados com o carregamento real de uma construção. O maior tempo de estabilização dos recalques e a provável redistribuição dos esforços da superestrutura contribuem para um melhor desempenho da fundação, sob condição real de obra.
Estas análises devem ser feitas pelo Projetista de Fundação e podem ser corroboradas por meio de monitoramento das cargas e recalques, durante a fase de construção da edificação.
Prova de carga instrumentada:
A execução de prova de carga instrumentada, na qual mede-se as cargas mobilizadas ao longo do comprimento da estaca teste, deve ser incentivada, para um melhor aproveitamento dos resultados medidos no ensaio.
A prova de carga em estacas é dispendiosa e é a qualidade dos resultados que permitirá ao Projetista de Fundação avaliar o comportamento da fundação, ainda na fase de projeto.
Hoje, está disponível no mercado, uma gama de instrumentos para medição das cargas aplicadas na cabeça da estaca teste, ao longo do seu fuste. Destacam-se as sisters-bars (ver figura a seguir) e as células de pressão.
A instrumentação das provas de carga é referência do estado da arte dos testes para previsão dos comportamento das fundações. A verificação da transferência de carga ao longo do comprimento da estaca teste, permite avaliar o comportamento do atrito lateral e parcela de ponta, bem como a influência de cada camada de solo.
Conclusões:
- As provas de carga devem ser implementadas na fase de projeto e deve ser estática;
- O uso de células de carga como instrumento de leitura das cargas aplicadas é obrigatória, sob o risco de se ter erros grosseiros no uso do manômetro do macaco hidráulico;
- O projetista de fundação deve participar de todas as etapas do ensaio, desde a sua especificação, dimensionamento, execução e análise dos resultados;
- O uso dos métodos de extrapolação trazem variações, as quais devem ser avaliadas pelo projetista da fundação;
- A realização de prova de carga instrumentada, com medição da carga ao longo do fuste da estaca, deve ser incentivada e viabilizada.
Prova de Carga Estática (PCE) não é custo e sim investimento, sendo obrigatório por Norma Técnica e recomendado pela boa prática de engenharia.
Referências:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. 2010. Projeto e execução de fundações (NBR 6122), Rio de Janeiro.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. 2006. Estacas - Prova de carga estática - Método de ensaio (NBR 12131), Rio de Janeiro.
CHIN, F.K. 1970. Estimation of the Ultimate Load of Piles not carried to Failure. Proceedings of the 2nd Southeast Asian Conference on Soil Engineering, 81-90.
DAVISSON, M.T. 1972. High Capacity Piles. Proceedings of Lecture Series on Innovations in Foundation Construction, ASCE, Illinois Section, Chicago, March 22, 81-112;
DÉCOURT, L. 1996. A Ruptura de Fundações Avaliada com Base no Conceito de Rigidez. SEFE lll, São Paulo, vol. 1, 215 – 224;
FELLENIUS B.H. (2002) Determining the resistance distribution in piles. Part 2: Method for determining the residual load. Geotechnical News Magazine, 20(3): 25–29.
FELLENIUS, B.H. 2001. What Capacity Value to Choose from the Results of Static Loading Tests.
FRANÇA, D.C. e VIANA, A.H. 2011. Failure load analysis methods based on instrumented large diameter bored pile load tests. Panamerican Geotechnical Conference.
HASNAT, A., UDDIN, A.R.M., HAQUE, E., SAHA, P. and RAHMAN, W. 2012. Ultimate load capacity of axially loaded vertical piles from full scale load test results interpretations-applied to 20 case histories. Proceedings of the 1st International Conference on Civil Engineering for Sustainable Development, KUET, Khulna, Bangladesh.
KONDNER, R.L. 1963. Hyperbolic Stress-strain response. Cohesive Soils. Journal for Soil Mechanics and Foundation Engineering, ASCE, vol. 89, SM 1, 115-143;
