Os problemas em fundações não cessam com uma boa caracterização do subsolo ou na escolha do tipo solução a ser adotada, mas é na fase de execução que muitos problemas ocorrem e daí a necessidade de realização de ensaios de acompanhamento e controle dos materiais, processos, verificação de integridade e desempenho das fundações prontas (Milititsky et al., 2005).
Existem alguns procedimentos técnicos disponíveis para a verificação da integridade e a capacidade estrutural de fundações profundas, cujo uso minimiza dúvidas sobre as condições obtidas no processo construtivo, que vão desde as escavações mais simples e perfuração exploratória até aos mais sofisticados métodos, destacando-se (Velloso & Lopes, 2010; Freitas Neto, 2013):
• Método sísmico: uma pequena fonte de vibração é introduzida num furo e a captação dessa vibração é feita por um sensor colocado em um furo aberto ao lado (caso cross-
hole) ou no mesmo furo em nível diferente (caso down-hole);
• Método radioativo: uma fonte de radiação é introduzida num furo e a contagem de isótopos é feita em um furo vizinho (tipo cross-hole);
• Método de excitação do topo: um vibrador é preso ao topo da estaca e um acelerômetro (com integrador no tempo) permite verificar a velocidade do topo, que indicará a integridade da estaca;
• Método de impacto ou dinâmico: um golpe é aplicado no topo do elemento de fundação e a interpretação é feita com base na propagação da onda de tensão. De acordo com a intensidade do impacto, as deformações são de maior ou menor magnitude, e podem ser subdivididas em:
o De grande deformação (high strain method); o De pequena deformação (low strain method);
Dentre todos supracitados, os ensaios mais sofisticados e mais aplicados atualmente são os ensaios de pequena e de alta deformação, que serão mais bem detalhados a seguir.
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2.4.1. ENSAIO DE INTEGRIDADE DE PEQUENA DEFORMAÇÃO
Método Sônico
De acordo com a ASTM (2007), existem dois métodos para a realização dos ensaios sônicos em campo:
• O “Pulse Echo Method (PEM)”: A movimentação no topo da estaca é medida como uma função de tempo. O registro do domínio do tempo é então avaliado para a integridade da estaca;
• O “Transient Response Method (TRM)”: A movimentação no topo da estaca e a força (medida com um martelo instrumentado) é medida como uma função de tempo. Os dados são avaliados usualmente no domínio de frequência.
O método sônico é usado para avaliar as condições de integridade das estacas de fundação, isto é, se sua densidade homogênea, variações na seção transversal e comprimento, e demais termos quanto a qualidade do elemento de fundação. Quanto maior a variação das características em relação aos dados padrões daquela estaca, maior a possibilidade de estimativa da magnitude e localização do “possível dano”. Estes ensaios são realizados normalmente alguns dias após a execução das estacas, onde é requerida uma preparação mínima no topo da estaca (ASTM, 2007).
Um martelo cai sobre o topo da estaca e produz uma onda que pode ser detectado por um acelerômetro fixado na superfície no topo da estaca. Quando a estaca é atingida, o acelerômetro acusa a onda que se propagou até a base da estaca (ou a uma descontinuidade) a então reflete de volta. Descontinuidades e alterações na seção transversal na estaca produzem reflexões, que alteram a forma do sinal. O sinal então pode ser interpretado de acordo com a forma da onda. Maiores defeitos, juntos com uma indicação da profundidade que este possa ocorrer, podem ser usualmente detectados. Cunha (2008) usou um grande banco de dados de testes de integridade em Brasília, que foram estatisticamente interpretados baseados nestes formatos de curvas, para refinar o controle de qualidade e garantir o sistema de classificação (QCA) para estacas escavadas em solos tropicais.
Cunha et al. (2012) comparam os dois sistemas que avaliam qualitativamente a integridade de uma estaca e de modo prático e demonstraram alguns pontos chave sobre a interpretação desses resultados. Os autores concluíram que os dois sistemas apresentam boa relação entre os resultados e a forma de interpretação, são eles: P.I.T. (Pile Integrity Test) e o P.E.T (Pile Echo Test), a Fig.2.18 apresenta estes dois equipamentos em detalhes.
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Figura 2.18 – Montagem e detalhes dos sistemas PIT e PET no campo experimental Cunha et
al., (2012).
Ambos os equipamentos apresentam o mesmo princípio de ensaio que consiste na aplicação de golpes de martelo no topo da estaca, que geram ondas de tensão que se propagam ao longo do fuste até a sua ponta, voltando ao topo desta por reflexão.
A partir do conhecimento da velocidade de propagação da onda e do tempo de retorno, com o uso de acelerômetros, é possível identificar problemas de descontinuidade ou integridade na estaca. Este ensaio não oferece como resposta exatamente qual é o problema, apenas mostra se existe alguma anomalia na estaca assim como o local e qual é a gravidade da mesma.
Os resultados da comparação de ambos os sistemas em uma estaca escavada de 10 m de comprimento neste terreno são mostrados na Figura 2.1. Esta figura mostra a velocidade da partícula medida na cabeça da estaca interpretada pelo método de eco de pulso, conforme comentado anteriormente.
Equipamento PET
Equipamento PIT
Equipamento PET Equipamento PIT
Figura 2.19 – Comparação entre os resultados dos equipamentos PET x PIT a uma profundidade de 10m com estaca com 50 cm de diâmetro no campo experimental da UnB.
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2.4.2. PROVA DE CARGA ESTÁTICA (PCE)
A norma brasileira de Projeto e Execução de Fundações, ABNT NBR 6122:2010 descreve no item 9.2.2.1 a obrigatoriedade de execução de prova de carga estática em obras que tiverem um número de estacas superior a 100 unidades. Segundo a NBR 6122:2010, faz-se necessário a execução de um número de provas de carga igual a no mínimo 1% da quantidade total de estacas, arredondando-se sempre para mais.
A prova de carga estática é usada para avaliar o desempenho em estágio preliminar ou em últimos estágios de trabalho, ou a posteriori para verificação dos dados utilizados no projeto, onde se busca, principalmente, analisar a capacidade de carga do elemento de fundação.
Na prática, métodos teóricos, semi-empíricos e empíricos são aplicados para obter a carga de ruptura, porém, pode-se afirmar que, para a maioria dos pesquisadores, o modo mais confiável para prever a capacidade de carga é através da análise do comportamento da curva carga-recalque, obtida a partir de uma prova de carga (Melo & Albuquerque, 2015).
O ensaio de carga é aplicado por um macaco, hidráulico ou elétrico, contra um sistema de reação, composto por estacas e viga metálica. Os detalhes podem ser obtidos pela NBR-12131/2006 – Prova de Carga Estática – Metodologia de Ensaio. Na análise de estacas defeituosas, a prova de carga estática tem oferecido o desempenho por meio da instrumentação com o uso de strain gauges nas estacas e modelos para avaliar o comportamento carga-recalque das estacas que contenham algum dano (Rao, 1996).
Décourt (2008) analisou de forma crítica como as provas de carga são rotineiramente realizadas e interpretadas. Apresentou alguns métodos para melhor analisar tanto as provas de cargas convencionais quanto as instrumentadas e propõe que sejam calculados os limites superiores e inferiores das parcelas de carga que são suportadas pela ponta e por atrito lateral da estaca. Assim, com uma interpretação mais elaborada dos resultados obtidos nas provas de carga, pode-se ter mais informações do comportamento das estacas do que se obtêm atualmente.