Você sabe o que é prova de carga estática em fundações? Sabe quando deve ser utilizada, quais aplicações, cuidados e importância?

Esse método é aplicado a todos os tipos de estacas, sejam elas verticais, sejam inclinadas — independentemente do processo de execução e de instalação no terreno, incluindo até tubulões. A norma brasileira que aborda esse tema é a NBR-12131.

Neste artigo, você vai entender o que são as provas de cargas estáticas e outras informações sobre o assunto. Continue a leitura e esclareça suas dúvidas.

O que é prova de carga estática em fundações?

A prova de carga em fundações consiste em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca e registrar os deslocamentos correspondentes. Os esforços aplicados podem ser axiais (de tração ou compressão) ou transversais.

Na versão mais recente da NBR-12131, a igualdade de condições entre os ensaios de carregamento lento (SML), de carregamento rápido (QML) e demais ensaios complementares é adotada — desde que a utilização seja devidamente justificada.

É importante ressaltar que as deformações correspondentes aos ensaios SML e QML podem ser diferentes e, portanto, sua interpretação deve sempre considerar o tipo de carregamento empregado.

A prova de carga estática é um ensaio muito importante e isso fica evidente na NBR-6122 de 2010. Essa norma admite que coeficientes de segurança sejam reduzidos nos projetos e cálculos de cargas, admissíveis quando as provas são realizadas em quantidade adequada.

Mesmo quando não se deseja reduzir o fator de segurança, é recomendado que toda obra com mais de cem estacas tenha, pelo menos, uma prova de carga estática. Para as estacas do tipo escavadas com diâmetro maior que 70 cm, estaca raiz e micro estacas essa quantidade é de 75. Para os trados segmentados a quantidade é de 50.

A prova de carga estática é mais confiável que a dinâmica. Por isso para obras com uma quantidade de estacas superior a duas vezes os valores informados, é obrigatório pelo menos uma prova de carga estática. Para os valores que estão entre os informados os que são duas vezes maiores, a prova de carga estática pode ser substituída pela dinâmica na proporção de cinco dinâmicas para cada estática.

Prova de carga estática Prova de carga estática – PCE

Desempenho da prova de carga

As provas de carga estáticas são um dos ensaios de campos mais importantes no cenário da engenharia de fundações. Essa relevância é facilmente justificada pela confiabilidade dos resultados e informações relacionadas à capacidade de carga e deformações — sejam dos solos, sejam do conjunto solo-elemento de fundação.

Para que os dados sejam mais confiáveis, os ensaios de prova da carga vêm sofrendo contínua evolução para permitir sua execução da forma mais representativa da condição prevista para a operação da fundação. Essa busca também visa o aumento da precisão, rapidez e otimização do ponto de vista econômico.

Como as curvas de distribuição das resistências das estacas ou das tensões de ruptura reais das fundações não são conhecidas de modo geral, a comprovação da carga admissível de uma estaca ou da pressão admissível de cada uma no solo fica restrita às experiências anteriores.

Essas experiências podem ser tanto em relação ao uso de determinado tipo de fundação em solos similares, quanto à realização de provas de carga em elementos isolados de fundação. Contudo, é importante destacar que em uma mesma obra não existem dois elementos de fundação de igual desempenho.

Isso ocorre pois o maciço do solo é uma estrutura de formação complexa — que é afetado de forma distinta pelos processos de instalação dos elementos de fundação e do conjunto estrutura-solo. Portanto, recomenda-se executar uma maior quantidade de ensaios, para permitir a obtenção de valores finais resultantes da média de todos os dados obtidos.

Execução da prova de carga

A execução consiste em carregar a estaca até a ruptura ou até duas vezes o valor previsto para sua carga de trabalho. As cargas aplicadas devem representar, da melhor forma possível, as solicitações previstas quando em operação — sejam elas verticais, horizontais, inclinadas, de compressão ou tração.

Durante a execução, são divididas parcelas ou estágios de carregamentos sucessivos que devem permanecer atuando até a ruptura da estaca ou por no mínimo 12 horas entre a estabilização do recalque e o início do descarregamento, nos ensaios lentos (SML).

Já nos ensaios rápidos (QML), após atingir a carga máxima do ensaio, o descarregamento deve ser feito em quatro estágios de cinco minutos cada, realizando-se a leitura dos respectivos deslocamento.

Geralmente, as cargas são aplicadas por meio de macaco hidráulico calibrado, centradas em relação ao eixo da fundação, sem provocar vibrações e choques durante o carregamento.

Em casos de carga máxima aplicada muito elevada, é utilizado um conjunto de macacos hidráulicos. A NBR-12131 descreve todo o procedimento de execução dos ensaios de prova de carga estática em fundações e ainda revela que os carregamentos utilizados no sistema de reação para provas de carga e compressão podem ser: plataforma carregada (cargueira), a própria estrutura devidamente verificada ou estruturas fixadas no terreno por elementos tracionados.

Instrumentação e relatório de prova de carga estática Instrumentação e relatório de prova de carga estática

É importante destacar que as medidas de cargas e deslocamentos resultantes das provas de carga estáticas em fundações profundas, não se limitam obrigatoriamente ao topo do elemento ensaiado. Podem ser medidos os deslocamentos e deformações em vários pontos, visando conhecer a transferência de carga em profundidade — desenvolvimento de atrito lateral ao longo do fuste e a pressão na base da fundação.

Cuidados necessários e recomendações

Para obtenção de resultados em condição ideal, deve-se levar qualquer prova de carga, independentemente do tipo ou das características, até a ruptura ou até a ocorrência de grandes recalques. Quando a prova de carga não é levada até um desses níveis, pode-se tentar uma extrapolação da curva “carga x recalque”.

A NBR 6122 informa que quando são realizadas exclusivamente para avaliação de desempenho as estacas em teste devem ser levadas a pelos menos 1,6 vezes a carga admissível de projeto.

A análise dos resultados deve ser sempre realizada de forma cuidadosa ao se comparar os valores obtidos em ensaio, com a previsão de comportamento de obras. Além disso, nunca se deve esquecer que a velocidade do carregamento pode influenciar significativamente o comportamento do solo ou do conjunto solo-fundação.

Os principais cuidados informados em norma para evitar influências indesejadas são: dimensões adequadas do poço para colocação da placa, distância mínima dos tirantes ou estacas de reação, excesso de capacidade de carga do sistema de reação em relação à carga máxima prevista no ensaio, entre outros.

Os insucessos mais frequentes são devido a ruptura, deformação excessiva ou diferencial do sistema de reação. Portanto, é imprescindível o cuidado no dimensionamento, execução, escolha dos equipamentos, montagem e controle do comportamento e deformações. Além disso, os deflectômetros devem sempre estar calibrados.

Como é feita a análise de resultados?

As informações e resultados que devem constar nos relatórios de ensaios são definidas na NBR-12131 e na NBR-6489. São elas:

  • descrição do ensaio, incluindo local, instalação, montagem, equipamentos, data e hora de início e fim;
  • ocorrências, natureza e características do terreno — perfil geotécnico em sondagem próxima;
  • descrição do elemento de fundação ensaiado;
  • curva “carga x recalque” ou “pressão x recalque” com indicações dos tempos de início e fim de cada estágio e os respectivos recalques.

Para as medições e leituras dos deslocamentos do topo das estacas ensaiadas são utilizados deflectômetros mecânicos. O registro desses valores formará a curva “carga x recalque” ao considerar os deslocamentos iniciais e finais de cada estágio.

O gráfico “carga x recalque” resultante de prova de carga sobre estaca individual pode ser dividido em três regiões.

  1. Quase proporcionalidade entre carga e recalque: utilizada para determinar o coeficiente de recalque.
  2. Deformação viscoplástica: não apresenta possibilidade de relacionamento teórico entre carga e recalque.
  3. Ruptura: define a capacidade de carga ou carga de ruptura da estaca, quando o recalque aumenta indefinidamente com pequenos ou nenhum acréscimo de carga.

As interpretações dos resultados devem ser feitas à luz da NBR-6122. Entretanto, como os resultados do ensaio são relacionados ao método utilizado, para permitir análises e comparações, tanto o método quanto as características devem estar relatados detalhadamente, junto de seus resultados.

A prova de carga estática proporciona a análise do comportamento das estacas como elementos de infraestrutura em qualquer obra e deve ser sempre utilizada como forma de verificação por consultores de fundações e por projetistas de estruturas.

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