As fundações são um dos principais elementos estruturais em um empreendimento. Elas são responsáveis por suportar as cargas da superestrutura e transmitir os carregamentos ao solo. A melhor maneira de certificar a capacidade de carga das fundações se dá pela realização de provas de cargas estáticas ou dinâmicas.

Por meio desse procedimento é possível analisar o comportamento da carga em relação ao deslocamento das fundações, avaliando a sua adequação ao projeto.

Existem algumas recomendações contidas na Norma NBR 6122 que devem ser cumpridas. É válido ressaltar que a Norma está passando por uma série de modificações, o que favorece o setor da engenharia, uma vez que o teste de carga já sofreu inúmeras mudanças.

Dentre os principais tipos de fundações existentes a fundação profunda e as estacas escavadas são os mais comuns. No caso de estacas moldadas in loco pode-se utilizar o ensaio bidirecional para a avaliação de seu desempenho.

Interessou-se pelo assunto? Então, continue a leitura do estudo realizado por Juliana Barbosa Bittencourt Baêta, Leandro Neves Duarte, Carolina Radaele, José Otonni Eloy, Marcelo Minetti, Edmilson Freitas e Tales Moreira de Oliveira, e veja o comportamento de prova de carga bidirecional Arcos, por meio de experimentos laboratoriais, a fim de avaliar cargas atuantes na estaca e comparar os resultados com conceitos já existentes.

O que é o ensaio de prova de carga bidirecional?

O ensaio de prova de carga bidirecional tem como função avaliar o equilíbrio das tensões atuantes no fuste e na ponta da estaca ensaiada. Há o acionamento das células por meio do bombeamento hidráulico, a uma profundidade pré-determinada em projeto.

Dessa maneira, a parte da estaca que se localiza abaixo da célula, que tem resistência de ponta e o atrito lateral, reage ao contrário da parcela localizada acima da célula (que conta apenas com o atrito lateral do trecho superior).

Quais os equipamentos utilizados?

Para a realização dos ensaios foi necessária a utilização de três anéis dinamométricos, cada um com uma configuração e calibração diferente, para se obter maior precisão nos resultados.

O processo de calibração foi realizado em um prensa de compressão triaxial. Após este processo, foram adicionados incrementos de deslocamento de 0,05 mm e, com o auxílio de uma célula de carga, foi possível obter as medidas de força correspondentes.

Ao se analisar a lei de Hooke (F = k. ∆l (1)), que relaciona a deformação de um corpo com a força exercida sobre ele é possível obter os valores da constante característica de cada um dos anéis.

Considerando, agora, o princípio de Pascal, o macaco hidráulico tem a função de exercer uma força através do seu êmbolo, por meio de uma determinada pressão aplicada. No ensaio em questão, esse equipamento foi utilizado para representar o papel de uma célula estática no ensaio bidirecional, como pode ser visto na Figura 1.

Figura 1: (a) Representação do ensaio de campo; (b) Aplicação da Lei de Hooke; (c) Experimento idealizado no laboratório.

Como os testes foram realizados?

Para tentar trazer a maior realidade possível ao teste, foi idealizado, no laboratório, o que realmente ocorre no campo em um ensaio de prova de carga bidirecional. Para tanto, foi criada uma representação que consiste em um conjunto de dois anéis dinamométricos e um macaco hidráulico, posicionado entre os anéis.

É importante prestar atenção na correlação presente entre o ensaio de campo e o ensaio do laboratório, analisando a aplicação da Lei de Hooke em ambos os casos. Para facilitar e prover uma melhor análise dos resultados deve-se realizar diversos arranjos, variando o posicionamento dos anéis.

Ao se utilizar o macaco hidráulico deve-se aplicar incrementos de pressão na ordem de 1,5 kgf/cm². Esses acréscimos foram associados aos deslocamentos lidos nos relógios e, de posse das constantes elásticas de cada anel, foram transformados em medidas de força.

Figura 2: Associação do macaco com os anéis dinamométricos.

 

Afinal, qual o comportamento de prova de carga bidirecional?

Os resultados encontrados do comportamento de prova de carga bidirecional realizado pela Arcos por meio de experimentos laboratoriais foram bem expressivos.

Partindo dos valores de força calculados em cada um dos arranjos, foi efetuada uma análise dos resultados separadamente, por arranjo. Em seguida, os resultados foram analisados em conjunto.

É preciso atentar para a associação do AD1 na parte superior e o AD2 na parte inferior do macaco hidráulico. Assim, utilizando a equação da Lei de Hooke e os valores obtidos nas leituras foi possível atingir os resultados a seguir:

Leituras obtidas na associação AD1/AD2

Pressão (kgf/cm²)	Delta H AD1 (mm)	Delta H AD2 (mm)	F1 (kgf)	F2 (kgf)	Diferença (%)
4,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
5,50	0,39	0,37	85,10	82,81	2,69
7,00	0,68	0,64	148,38	143,24	3,46
8,50	0,99	0,93	216,02	208,14	3,65
10,00	1,34	1,26	292,39	282,00	3,55
11,50	1,62	1,53	353,48	342,43	3,13
13,00	1,98	1,86	432,04	416,29	3,65

É válido ressaltar, ainda, que a diferença média, em pontos percentuais, foi de 2,87. Em outras palavras, pode-se dizer que o erro foi pequeno, considerando, então, que as forças são iguais. Nesse caso, os anéis tiveram a função de representar solos com resistências equivalentes.

Analisando a relação AD1/AD3, com os mesmos parâmetros, foi possível chegar nos seguintes resultados:

Leituras obtidas na associação AD1/AD3

Pressão (kgf/cm²)	Delta H AD1 (mm)	Delta H AD2 (mm)	F1 (kgf)	F2 (kgf)	Diferença (%)
4,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
5,50	0,24	0,11	52,37	50,80	3,00
7,00	0,52	0,24	113,46	110,83	2,32
8,50	0,83	0,38	181,11	175,48	3,10
10,00	1,15	0,53	250,93	244,75	2,46
11,50	1,47	0,68	320,75	314,02	2,10
13,00	1,77	0,82	386,21	378,68	1,95

Já neste caso, a diferença média percentual foi de 2,13 pontos, o que apresenta o mesmo procedimento de análise. Portanto, pode-se considerar que as forças são iguais, ou seja, os anéis representam solos com resistências diferentes.

Por fim, foi analisada a relação AD2/AD3, obtendo os seguintes resultados:

Leituras obtidas na associação AD2/AD3

Pressão (kgf/cm²)	Delta H AD1 (mm)	Delta H AD2 (mm)	F1 (kgf)	F2 (kgf)	Diferença (%)
4,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
5,50	0,22	0,10	49,24	46,18	6,21
8,50	0,78	0,38	174,57	175,48	0,52
10,00	1,05	0,51	235,00	235,53	0,22
11,50	1,34	0,65	299,92	300,17	0,09
13,00	1,64	0,80	367,05	369,44	0,65

A diferença média percentual entre AD2 e AD3 foi de 1,28 ponto. Mais uma vez, o valor apresentado foi pequeno, o que significa que as forças são iguais. Neste caso, os anéis também representam solos com resistências diferentes.

Foram realizados, ainda, outros três arranjos semelhantes aos já apresentados. A principal diferença está na disposição dos anéis, invertendo-os. Assim, analisou-se os arranjos AD2/AD1, AD3/AD1 e AD3/AD2. O erro médio (principal fator de análise) foi 2,19% (AD2/AD1), 1,37% (AD3/AD1) e 0,69% (AD3/AD2).

O que a análise de resultados nos dá?

O processo de análise de resultados pode nos dar um gama completa de informações. É possível verificar que as forças registradas nos anéis, em cada um dos ensaios, são muito próximas. Porém, apresentam-se com sentidos opostos, independentemente da resistência do anel.

A diferença presente entre as forças, medidas nos anéis, não são exatamente nulas. Elas têm valores ínfimos e portanto, os autores deste estudo concluem que esse erro pode ser desconsiderado, em termos práticos.

Ao analisar anéis que apresentam resistências diferentes, há a apresentação de leituras de deslocamento diferentes. Entretanto, utilizando as constantes elásticas atinge-se valores de forças iguais.

Dessa maneira, a análise dos resultados permite atestar a veracidade da homogeneidade na aplicação de forças, pelo sistema de prova de carga bidirecional, comprovando com as informações presentes nos gráficos de carga x deslocamento.

E, a conclusão?

Para concluir, pode-se dizer que o estudo do comportamento de prova de carga bidirecional Arcos por meio de experimentos laboratoriais utilizou a lei de ação e reação como método de prova.

Assim, afirma-se que quando a célula expansiva se desloca, ocorre a aplicação de forças em sentidos opostos na estaca. O elemento estrutural de fundação sofre uma solicitação na ponta, apresentando reações no fuste.

Já a porção da estaca posicionada abaixo da célula reage em sentido contrário à parcela localizada acima da célula. Para realizar a análise dos resultados, deve-se levar em consideração que a carga aplicada pela célula expansiva no sentido para cima é igual à aplicada no sentido para baixo, mas os deslocamentos podem ser diferentes.

E aí, o que achou do estudo do comportamento de prova de carga bidirecional? Interessou-se pelo assunto? Então, assine nossa newsletter e não perca nenhum dos nossos conteúdos!