A verificação de desempenho de obras de fundações é uma etapa importante dos projetos geotécnicos. A instrumentação geotécnica visa a medida direta de grandezas físicas necessárias à interpretação e previsão do desempenho das obras com referência aos critérios técnicos e econômicos.

Uma das formas de previsão de desempenho é a prova de carga dinâmica. Desde os anos 1960, quando foi criado em uma universidade norte-americana, o ensaio de carregamento dinâmico vem sendo utilizado como método para conhecer, de forma rápida, qual é a capacidade de resistência das estacas em um determinado terreno, além da eficiência dos sistemas de cravação.

Isso significa otimização de toda a etapa, desde o projeto à própria execução da fundação. O principal benefício da prova de carga é a comprovação do desempenho adequado da estrutura. Ao identificar danos na estaca, na localização e, até mesmo, na sua extensão, a construção da edificação fica mais segura e com métodos mais criteriosos.

Neste artigo, você vai conhecer mais detalhes sobre como funciona esse método de prova de carga, como ele é utilizado e as normas que regulamentam esse tipo de tecnologia. Acompanhe.

O que é o ensaio de carregamento dinâmico

O ensaio de carregamento dinâmico (ECD), também chamado de prova de carga, é uma tecnologia desenvolvida em 1964 na cidade de Cleveland, nos Estados Unidos, para medir a intensidade da ruptura do sistema estaca-solo. Ao contrário do ensaio de carregamento estático, o ECD utiliza sensores para medir o impacto nas estacas por meio da teoria da equação de onda.

No Brasil, esse tipo de método começou a ser introduzido na década de 1980 para controle da cravação de estacas em plataformas marítimas de petróleo da Petrobras no litoral brasileiro. Posteriormente, o ensaio de carregamento dinâmico foi utilizado em obras para fundações por todo o país.

O ECD é um teste fundamentado na teoria do choque entre as barras e a equação da onda. Quando uma estaca é atingida por um golpe, a consequência direta é a geração de uma onda de tensão.

Ela se propaga com velocidade fixa, conforme as características do material. Por meio de sensores é possível medir e analisar esse impacto, além de uma série de outros indicadores. A interpretação desses dados ajudará a dar maior confiabilidade as fundações do empreendimento.

Como funciona a execução do ensaio

O teste pode ser aplicado em estacas verticais ou inclinadas e é regulamentado pela NBR 13.208/1994. O ensaio de carregamento dinâmico pode obter dados de força, aceleração e deslocamento da estaca para avaliação da capacidade de carga, da eficiência do sistema de cravação, das tensões ao longo da estaca, da integridade da estrutura e das características dinâmicas do solo.

A norma atesta o ECD como uma das alternativas válidas para avaliação da capacidade de carga. Isso significa uma garantia confiável no resultado obtido por meio do uso dessa técnica.

Um diferencial do ensaio de carregamento dinâmico é que, embora tenha sido desenvolvido para estacas cravadas, pode ser empregado também nas estacas moldadas in loco. Nesse caso, é preciso montar um sistema especial para aplicação de impactos dinâmicos e provocar deslocamentos suficientes para mobilizar as resistências.

O diferencial do ECD é o uso de sensores. São utilizados dois pares: um transdutor de deformação específica, que gera uma tensão proporcional à deformação a qual a estaca é submetida durante o golpe e um acelerômetro, que gera uma tensão proporcional à aceleração das partículas componentes da estaca.

Os dois sensores são ligados a um equipamento chamado Pile Driving Analyzer (PDA), responsável por processar os sinais emitidos pelos aparelhos. Após a calibragem, o equipamento começa a medir a energia dos golpes nas estacas e, após a coleta de dados, são selecionados os sinais mais representativos do comportamento da resistência do sistema estaca-solo avaliado.

Normas para execução das provas de carga em estacas

É obrigatória a execução de provas de carga em estacas em obras com quantidade de estacas superior a 50 unidades, no caso de trado segmentado; 75 unidades, em estacas escavadas com mais de 70 cm, estaca raiz e micro estacas; e 100 unidades, no caso de estacas escavadas menores que 70 cm, estacas pré moldadas, estacas strauss e estacas hélice.

As normas ainda determinam que, quando os números de estacas excedem as quantidades citadas acima, devem ser executados testes em, pelo menos, 1% das estacas. Se a quantidade de estacas nas obras for duas vezes superior ao que foi informado, deverá ser executada ao menos uma prova de carga estática obrigatoriamente.

As provas de carga estáticas, quando não excedem em 2 vezes as quantidades informadas, podem ser substituídas por dinâmicas, desde que atendam à proporção de cinco dinâmicas para cada prova de carga estática.

A importância da análise e registro dos dados

O mais importante do ensaio de carregamento dinâmico são os resultados que são obtidos a partir das medições com o processo de carregamento dinâmico (bate-estaca) e os indicadores captados pelos sensores e enviados ao software.

Os diversos dados obtidos nesse processo, como o diagrama de cravação, resistência à penetração e repique, devem ser registrados para permitir que as análises posteriores sejam mais efetivas.

Essas análises podem incluir máxima energia transferida, verificação da integridade da estaca, avaliação da capacidade de carga da estaca e respectiva curva de transferência de carga no momento do ensaio.

Para avaliação da capacidade de carga, por exemplo, são utilizados métodos simplificados, do tipo CASE e numérico, do tipo CAPWAP. Conforme os técnicos, os resultados obtidos a partir dos métodos simplificados permitem apenas avaliar uma determinada faixa de valores da capacidade de carga.

Se a intenção com essa medição, porém, é obter uma análise mais precisa e confiável da capacidade de carga, é preciso combinar esses resultados, ao menos com uma análise numérica ou uma prova de carga estática.

Embora não determine precisamente uma quantidade mínima de estacas necessárias durante a execução de provas de carga, a NBR 12.131 estabelece que elas devem estar em quantidade suficiente para garantir a estabilidade do conjunto.

Já a NBR 6122, traça condições para garantir maior segurança ao processo. Conforme a norma, a capacidade de carga de estacas ou tubulões com prova de carga deve obedecer a um fator de segurança 1,6.

Os possíveis resultados com ensaio de carregamento dinâmico

Por meio do ECD, é possível chegar a alguns resultados. Veja os principais deles a seguir.

  • detecção da existência de dano estrutural na estaca, como fissuras ou mesmo rupturas, sendo possível determinar a profundidade do dano;
  • obtenção da sua capacidade de carga e a definição da resistência lateral e de ponta;
  • obtenção das tensões de compressão e tração mobilizadas durante a cravação da estaca, reduzindo a possibilidade de danos durante a sua instalação;
  • levantamento de dados gerais do projeto, da estaca e sondagens;
  • levantamento de dados da execução e do ensaio, como módulo de elasticidade, densidade e velocidade de propagação da onda na estaca;
  • comprimento da estaca, valores de força de compressão e deslocamento;
  • máxima energia transferida, dentre outros.

Uma das características do ensaio de carga dinâmica é o seu menor custo e tempo de execução em relação ao carregamento estático. Isso permite viabilizar sua aplicação com um maior número de estacas em todo o terreno.

Isso significa que esse método apresenta como resultado principal mais segurança e confiabilidade nos testes realizados, sem perder o rigor estabelecido pelas normas válidas para a construção civil. Dessa forma, o resultado esperado é um teste preciso e que garante segurança para o restante da obra.

Agora que você sabe um pouco mais sobre o ensaio de carregamento dinâmico e qual a sua utilidade para uma obra, assine nossa newsletter e receba por e-mail outros artigos como este.