O ensaio de prova de carga estática em fundações profundas

Deve-se entender o método de ensaio para prova de carga estática em fundações profundas que se aplica a todos os tipos de estacas, verticais ou inclinadas, independentemente do processo de execução e de instalação no terreno, inclusive tubulões.

A NBR 16903 de 09/2020 – Solo — Prova de carga estática em fundação profunda especifica o método de ensaio para prova de carga estática em fundações profundas. Aplica-se a todos os tipos de estacas, verticais ou inclinadas, independentemente do processo de execução e de instalação no terreno, inclusive tubulões. Essa norma se aplica às provas de carga que utilizam o critério de cargas controladas. Reconhecendo que a engenharia de fundações não é uma ciência exata, e que riscos são inerentes a toda e qualquer atividade que envolva fenômenos ou materiais da natureza, os critérios e procedimentos nesta norma procuram traduzir o equilíbrio entre condicionantes técnicos, econômicos e de segurança usualmente aceitos pela sociedade na sua publicação.

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Como deve ser feita a preparação da estaca-teste?

Na execução do ensaio, como deve ser o carregamento e o descarregamento?

Como deve ser realizado o ensaio com carregamento rápido (PCR)?

Qual deve ser a expressão dos resultados?

Pode-se definir a carga controlada como o critério de ensaio que consiste na aplicação de cargas predefinidas e medição dos deslocamentos correspondentes a cada carga. A carga admissível é a máxima carga que, aplicada sobre a estaca ou sobre o tubulão isoladamente, atende, com fatores de segurança predeterminados, aos estados-limite últimos (ruptura) e de serviço (recalques, vibrações etc.). Esta grandeza é utilizada no projeto quando se trabalha com valores característicos das ações. A carga de trabalho de estacas é a carga efetivamente atuante na estaca, em valores característicos, na qual a tensão de trabalho da estaca corresponde à carga de trabalho dividida pela área da seção transversal.

A prova de carga estática consiste em aplicar esforços à fundação profunda e registrar os deslocamentos correspondentes. Os esforços aplicados podem ser tração, compressão ou flexocompressão, nas direções vertical, horizontal ou inclinada. A escolha do tipo de prova de carga deve ser feita pelo projetista ou consultor, levando em conta as particularidades do carregamento a que a estaca ou tubulão está submetido na obra. As cargas aplicadas devem ser medidas através de célula de carga ou manômetro instalado no conjunto hidráulico.

O conjunto hidráulico é composto por manômetro, cilindro e bomba hidráulicos. O manômetro analógico deve ter uma escala de leitura adequada ao carregamento de forma que o menor incremento de carga a ser aplicado no ensaio seja representado por pelo menos duas marcas da escala. Os manômetros, analógicos ou digitais, devem ser dotados de escala com leituras máximas de 0,5 Mpa (5 kgf/cm²).

O conjunto composto por cilindro, bomba e manômetro deve estar calibrado por laboratório acreditado, de acordo com a NBR 8197. Quanto à periodicidade, esta não pode ser superior a seis meses. A célula de carga é um transdutor de força que pode ser do tipo resistivo, indutivo ou de corda vibrante, que converte a força aplicada em um sinal elétrico e é registrado por equipamento específico.

A prova de carga estática a maneira mais indicada na medição da capacidade de carga das estacas, pois determina a capacidade das fundações profundas, podendo-se prever o comportamento da capacidade de carga e recalques em fundações. Consiste basicamente em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca e registrar os deslocamentos correspondentes.

Nesta prova de carga, 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 e carregamento de compressão à estaca, em estágios crescentes da ordem de 20% da carga de trabalho, registrando-se os deslocamentos correspondentes. O teste tem a vantagem de se conseguir simular, em verdadeira grandeza, os carregamentos reais de uma construção, observando a resposta da fundação a essas cargas.

O indicador de leitura da célula de carga deve ter precisão mínima de 0,5 % da máxima capacidade de carga da célula. O menor incremento de carga a ser aplicada no ensaio não pode ser menor do que 1% da máxima capacidade da célula de carga. A célula de carga deve estar calibrada por laboratório acreditado, de acordo com a NBR 8197. Quanto à periodicidade, esta não pode ser superior a 24 meses. O medidor de deslocamento ou deflectômetro é um instrumento, que pode ser analógico, digital, resistivo ou indutivo, utilizados para medir os deslocamentos do elemento de fundação durante a aplicação de carga.

Os deflectômetros devem ter resolução mínima de 0,01 mm e curso mínimo de 50 mm. O deflectômetro deve estar calibrado por laboratório acreditado e a periodicidade não pode ser superior a 12 meses. O sistema de aplicação de carga é constituído por um ou mais cilindros hidráulicos alimentados por bombas elétricas ou manuais. O sistema de aplicação de carga deve ter capacidade no mínimo 10 % maior que a carga máxima prevista para o ensaio.

O curso do êmbolo do cilindro deve ser no mínimo igual a 10% do diâmetro equivalente da seção transversal da estaca e não inferior a 50 mm. O subsolo, onde estiver instalada a estaca submetida à prova de carga, deve estar caracterizado, no mínimo, através de sondagens de simples reconhecimento, com medidas dos valores da resistência à penetração do SPT, conforme a NBR 6484. A estaca deve estar situada dentro da área caracterizada pelas sondagens e deve ser locada a critério do projetista.

O projeto deve conter no mínimo as seguintes informações: a locação e o detalhamento das estacas com tipo, diâmetro, comprimento e armadura; o esquema de montagem da prova de carga, com posicionamento do sistema de reação, das vigas de referência e do sistema de aplicação de carga; a carga de trabalho e carga máxima de ensaio; a especificação do tipo de carregamento; o detalhamento da armadura das estacas; especificação e detalhamento do posicionamento do sistema de ancoragem; o projeto do bloco de coroamento do elemento de fundação. Em caso de uso de chapas metálicas, apresentar as dimensões da chapa (área e espessura), detalhamento de soldagem e fixação.

O sistema de reação deve ser projetado, montado e utilizado de forma que a carga aplicada atue na direção desejada e minimize vibrações e movimentos abruptos. Nas provas de carga com carregamentos transversais ou axiais à tração, a reação pode ser obtida por apoio no terreno, nas estruturas existentes ou em outros elementos estruturais. Os elementos de reação podem ser: estacas de reação: o dimensionamento geotécnico e estrutural deve ser conforme a NBR 6122; tirantes de reação: o dimensionamento geotécnico e estrutural deve ser conforme a NBR 5629.

A seção de aço do sistema de ancoragem deve ser conforme a NBR 5629. A distância mínima entre o sistema de reação e a estaca-teste deve ser de três vezes o diâmetro equivalente da estaca-teste e no mínimo 1,5 m, medida do eixo da estaca-teste ao eixo do elemento de reação. No caso de reação contra a estrutura ou cargueiras, a distância mínima é do eixo da estaca-teste até o ponto mais próximo do apoio do sistema de reação.

Quando o processo executivo do sistema de reação e a natureza do terreno puderem influenciar o comportamento da estaca a ser ensaiada, a distância mínima especificada deve ser majorada a critério do projetista. No caso de provas de carga com esforços simultâneos, em estacas inclinadas e/ou em obras dentro d’água, é necessário projeto específico e memorial justificativo.

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