Os ensaios bidirecionais , também conhecidos como provas de carga estática com células expansivas são sistemas utilizados para avaliar o comportamento de fundações quando submetidas a esforços.

O grande diferencial deste método é a facilidade na preparação do teste. No bidirecional, a célula expansiva é introduzida na estaca escolhida, sendo desnecessária a preparação de estruturas de reação, blocos de ensaio e demais exigências que ocorrem em outros tipos de ensaios.

De acordo com a NBR 12131:2006, a prova de carga consiste na aplicação de esforços estáticos à estaca, buscando registrar os deslocamentos axiais (de tração ou compressão) ou os deslocamentos transversais.

Esse também é o principal objetivo do ensaio bidirecional com células expansivas, que segue o princípio da terceira lei de Newton: toda ação tem uma reação igual, porém em sentidos contrários.

Interessou-se sobre o assunto? Então, continue a leitura deste artigo e veja a metodologia de ensaios bidirecionais realizados no Brasil.

O que é a prova de carga estática com células expansivas?

A prova de carga estática com células expansivas é baseada na instalação destas, devidamente ajustadas, dentro do fuste da estaca, engastando-a na armação. Para a montagem é necessário buscar o equilíbrio entre a resistência ao atrito lateral do fuste e o seu peso próprio, e o lateral da ponta mais sua resistência.

Para dar-se início à realização do ensaio é necessário esperar a cura do concreto, até que atinja sua resistência mínima — o tempo médio de espera é de, aproximadamente, 14 dias.

Já os deslocamentos de ponta são medidos por meio de hastes metálicas, instaladas no prato inferior das células expansivas. O do fuste deve ser medido pelo movimento ascendente da parte superior da estaca e através de haste metálica posicionada no prato superior da célula expansiva.

Como são executados os ensaios bidirecionais?

Os ensaios são executados por meio do carregamento rápido, em estágios iguais e sucessivos, limitados a 10% da carga de trabalho da estaca testada, como demonstrado pelo item 3.5.3 da NBR 12131:2006.

As cargas são transmitidas utilizando-se um conjunto de células expansivas, situadas no interior da estaca. Assim, é possível prover a reação da ponta contra o seu respectivo fuste, solicitando-a à compressão vertical.

Em cada um dos estágios deve-se manter a carga aplicada por 10 minutos, independentemente da estabilização dos deslocamentos.

Quais são as principais características?

O ensaio bidirecional é composto por algumas características exclusivas, que podem fornecer informações adicionais quando comparado ao método tradicional. Como a célula expansiva fica posicionada próxima à ponta da estaca, é possível  avaliar a presença de sujeira de ponta e outras falhas executivas na porção inferior da estaca.

Assim, por meio da instalação de hastes metálicas ,também chamadas de tell tales, em mais níveis pode-se medir o atrito lateral em camadas específicas. Uma vantagem desse sistema é que ele é rápido, uma vez que não necessita a construção de estruturas de apoio e reação.

O ensaio pode ser executado quando a cota de arrasamento da estaca estiver abaixo da cota de topo. Em outras palavras, pode ser executado antes do rebaixamento do solo da obra.

Infelizmente, nem tudo são flores: o ensaio bidirecional apresenta algumas limitações em relação ao método executivo. Caso as estacas sejam pré-moldadas de seção cheia ou metálicas, não há a possibilidade de se instalar a célula expansiva, pois mesmo havendo a concretagem no momento da execução, o processo de cravação danificará todo o sistema.

É preciso viabilizar o ensaio?

Sim. Previamente à execução do ensaio é feito um estudo de análise de viabilidade técnica. É preciso ter estacas a serem executadas, pois as células devem ser introduzidas no momento de sua execução.

Deve-se analisar as dimensões e cargas da estaca escolhida para a definição do tipo de célula ou conjunto que será utilizado. Por fim, é preciso avaliar a sondagem para verificar se há equilíbrio entre a porção inferior (abaixo da célula) e a superior. O equilíbrio é fundamental para a máxima extração dos resultados.

Como preparar o equipamento?

A preparação do equipamento também é um fator primordial para o sucesso do ensaio. As células de carga são preparadas conforme o tipo de estaca, sendo individuais no caso dos tipos em hélice, trado, raiz ou tubulão, ou um conjunto para as escavadas.

É interessante destacar que as células expansivas se encontram em uma gaiola metálica, chamada coloquialmente de  “jequiá” ou suporte para células expansivas, projetado especialmente para cada obra. Ele se adéqua à armação da estaca e tem suas células expansivas simetricamente posicionadas com o espaço circular central para passagem da tremonha de concretagem ,quando necessário.

Como ocorre a instalação das células e a concretagem?

A instalação das células de carga deve ser realizada em conjunto com a armação, seguindo um procedimento determinado onde se a estaca for armada em toda a sua extensão, deve haver uma secção no ponto onde será colocada.

Nesse ponto, o conjunto das células deverá ser engastado à armação por meio de solda/clipes. Caso ocorra a armação em extensão menor, esta deverá ser prolongada até a posição das células. Após a preparação, o “jequiá” deve ser soldado/clipado na armação, realizando o processo de descida deste.

Junto à armação, deve-se colocar duas prumadas de tubulação por célula e uma de aço galvanizado e outra de PVC. O primeiro, como responsável pela alimentação hidráulica no momento do ensaio, enquanto a segundo como guias para colocação e direcionamento dos “tell tales”.

Os tubos são rompidos no momento do teste. Caso as estacas sejam do tipo hélice contínua, a instalação da armação ocorrerá depois de concretada, conforme procedimento padrão, com concreto com “slump” de 250 mm. Todo o processo deve ser realizado em conjunto pelo armador, concreteira e produção da obra, para que o tempo de preparo e descida seja imediato.

Deve-se ressaltar que os “tell tales” são barras de aço lisas e com rosca, engastadas ao êmbolo inferior da célula, indicando o seu deslocamento no momento do ensaio. Além disso, a concretagem deve seguir o padrão normal para qualquer tipo de estaca.

Como se dá a recuperação da estaca ensaiada?

Após o prazo de cura do concreto, 70% do fck, e o início de interação do elemento de fundação com o solo — 14 dias, como já destacado — é dado início à instrumentação e execução do ensaio.

Os “tell tales” são instalados nos tubos guia e deflectômetros em suas pontas superiores, com o objetivo de verificar o deslocamento da base da estaca e acima da célula. No topo da estaca é instalado outro deflectômetro, apoiados em tubos de PVC ou na própria armação, para medir  o deslocamento  ascendente do trecho acima da célula.

Assim, utiliza-se uma viga metálica de referência, isolada da estaca, para a realização das devidas medições. Então, aplica-se a carga segundo o método de carregamento rápido.

É importante destacar que os equipamentos devem ser protegidos contra intempéries, evitando possíveis variações no teste e, consequentemente, prejudicando os resultados.

Ao se escolher uma estaca que será posteriormente utilizada na obra, é preciso garantir a sua recuperação. Para tanto, retira-se os “tell tales” e, por meio das tubulações de PVC e galvanizada, realiza-se a injeção da calda de cimento, na proporção de 0,5 para 0,8 (água/cimento).

Vale a pena realizar os ensaios?

A pergunta final que fica, após a exposição do estudo é: vale a pena realizar ensaios bidirecionais ?

Bom, partindo do princípio que a metodologia dos serviços exerce pouca influência no desenvolvimento da obra, afirma-se que os ensaios bidirecionais são alternativas ágeis e, na maioria das vezes, econômicos para o empreendimento, quando comparados a outros ensaios de carga.

Os resultados obtidos pelo ensaio, conforme a sua interpretação, podem gerar uma gama de informações extremamente valiosas sobre o comportamento da estrutura de fundação e a sua interação com o solo.

Deve-se considerar, ainda, que esta atividade envolve um baixo risco operacional, quando o assunto é segurança do trabalho. Por fim, afirma-se que a metodologia de ensaios bidirecionais e provas de carga com células expansivas é relativamente nova (menos de 40 anos) e deve ser muito discutida e melhorada, com a popularização de sua utilização.

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