5 Prova de carga para ensaio de carga à compressão axial
5.2 Projeto de ensaio de carga à compressão axial
Âmbito dos ensaios
Os ensaios de carga realizados serviram para a verificação da capacidade de carga para os futuros projetos de fundações. Na obra do Kuito, foi solicitado pelo Cliente o projeto de fundações para as futuras instalações de um Hospital. Sendo a metodologia de TC Ø600mm mais conhecida, e a solução de EDC não o ser, a Projetista responsável queria confirmar a capacidade de carga das EDC uma vez que, estava a comparar a capacidade de carga das estacas ferro com injetadas e estas teriam uma capacidade de carga inferior. Na Corimba, o ensaio de carga foi executado para a confirmação da capacidade de carga para um projeto de EDC para um Viaduto para transito automóvel e na Passarela, para um projeto de fundações para uma passagem superior pedonal.
Projetos dos ensaios
5.2.2.1 Ensaio de carga para estaca ductil para 700kN e 250kN
Para o ensaio de 700kN, o projeto consistiu na execução de 8 estacas dúcteis cravadas (EDC) com 21,0m com um varão de Ø32mm em todo o comprimento das estacas de reação e uma estaca a ensaiar como se pode ver na Figura 5-3.
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Figura 5-3 Planta de implantação das estacas de reação e da estaca a ensaiar – Ensaio de 700kN. (Fonte: Esquema ensaio carga BAUER).
Para o ensaio de 250kN, o projeto consistiu na execução de 8 estacas dúcteis cravadas (EDC) com 10,0m com um varão de Ø20mm, com comprimento de 12m e uma estaca a ensaiar como se pode ver na Figura 5-4.
Figura 5-4 Planta de implantação das estacas de reação e da estaca a ensaiar – Ensaio 250kN. (Fonte: Esquema ensaio carga BAUER).
Após a marcação das estacas de acordo com o projeto, os trabalhos iniciaram (Figura 5-4). O betão foi realizado em obra devido à dificuldade de fornecimento do mesmo para o local da obra. O que se revelou ser bastante eficaz, pois não houve esperas de betão, aumentando a produção
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diária. Foram ainda realizados rebentamentos de cubos para a verificação da resistência do betão e também foi feita uma estaca inicial para verificação da operacionalidade do sistema montado.
Figura 5-5 Vista geral da obra. Central de betão.
O trabalho de cravação iniciou pela execução das estacas de reação, estaca de ensaio e depois as restantes estacas de reação para fechar o ensaio. Durante a cravação foram retiradas amostras e betão para o rebentamento aos 3, 7 e 31 dias.
Nas figuras 5-6, 5-7, 5-8 e 5-9 pode ver-se o faseamento da execução das estacas dúcteis, colocação do primeiro tubo e nivelamento, processo de cravação com betonagem, colocação do varão no interior da estaca de reação e os provetes para o rebentamento.
Figura 5-6 Faseamento da execução das EDC
.
Figura 5-7 Faseamento da execução das EDC
.
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Figura 5-8 Colocação do varão
32mm no interior da EDC. Figura 5-9 Provete de betão para rebentamento.
Conforme mencionado acima para o ensaio de 700kN, as estacas dúcteis cravadas injetadas tinham no seu interior um varão de Ø32mm com o comprimento de 24m, 21m no interior do tubo e 3m no exterior para a montagem do ensaio. Para a acoplação dos 2 varões de Ø32mm, A500NR, inicialmente usou um acoplador (Figura 5-10).
Figura 5-10 - Acoplador para varão Ø32mm.
Procedeu-se ao aperto dos parafusos e corte dos mesmos para introdução no interior do tubo da estaca. Após se ter terminado a estaca, introduziu-se os 2 varões acoplados e aos 15 m de profundidade verificou-se que não era possível continuar a operação. Uma das estacas de reação ficou com o varão com 15,0m pois o acoplador, embora com diâmetro inferior ao diâmetro interior da estaca, não possibilitava a passagem do mesmo. Desta forma, procedeu-se à soldadura dos varões conforme Figura 5-11. Esta foi uma questão técnica que decorreu durante o ensaio e que foi solucionada com a opção da soldadura dos varões em vez do uso dos acopladores.
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Figura 5-11 Soldadura de 2 varões de Ø20mm para acoplação dos 2 varões de Ø32mm. (Fonte: Esquema do ensaio BAUER)
Assim que se procedeu a esta operação, não houve complicações na colocação dos varões. E as restantes estacas ficaram com 21m no interior (Figura 5-11).
Para o ensaio de 250kN, as estacas dúcteis cravadas injetadas tinham no seu interior um varão de Ø20mm com o comprimento de 12m, 9m no interior do tubo e 3m no exterior para a montagem do ensaio.
Na Figura 5-12 vê-se o aspeto final do ensaio de carga. Depois o Cliente procedeu à execução do maciço de encabeçamento.
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5.2.2.2 Ensaio de carga para estaca ductil com 750kN e 400kN
O processo de execução deste ensaio foi semelhante ao descrito no ponto 5.2.2.1, no entanto, este consistiu na realização de 4 estacas de reação, moldadas com Ø620/540mm, com 10m de comprimento e instalação de 2 cabos de ancoragem com 8m de comprimentos (5m embebidos no betão) e a estaca dúctil cravada de ensaio com o comprimento de 14,3m (Figura 5-13).
Figura 5-13 Planta de implantação das estacas de reação e da estaca a ensaiar. (Fonte: Projeto BAUER).
Na Figura 5-14 pode ver-se o processo de marcação das estacas moldadas de reação para início da furação, com recurso a tubos moldadores recuperáveis.
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A Figura 5-15 mostra a execução da cravação da estaca com recurso a uma giratória Liebherr. Uma vez que o braço da giratória não tinha altura suficiente foi necessário recorrer à execução de um aterro conforme se pode ver na imagem abaixo.
Figura 5-15 Execução da estaca dúctil de ensaio.
Do ensaio de carga para 400kN existe apenas um relatório final do mesmo, com a informação sobre o projeto do ensaio (Figura 5-16) e os resultados do ensaio.
Figura 5-16 – Planta de implantação das estacas de reação e da estaca a ensaiar. (Fonte: Projeto BAUER).
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Equipamentos e sistemas de medida
Para a montagem do sistema de compressão, utilizou-se o macaco hidráulico HP565, capacidade máxima 450bar (5543kN) (Figura 5-18) e o aparelho do tipo “Barksdale” (Figura 5-19) para verificação da carga que estava a ser aplicada. Para a confirmação da carga aplicada também se usou uma célula de carga do tipo “E.Meier” com capacidade até 6000kN com a leitura no aparelho do tipo “Indipoc P1”(Figura 5-18). Os equipamentos de medição utilizados estavam calibrados e certificados.
Figura 5-17 Macaco Hidráulico e Centralina.
Figura 5-18 Aparelho leitura célula de carga -
Indipoc P1. Figura 5-19 Aparelho controlo da carga aplicada
no macaco hidráulico.
Uma vez que a conversão da pressão do macaco hidráulico se apresenta de toneladas (tf) para bar, foi realizado um estudo para converter a carga (kN) para a pressão (bar). Abaixo apresentam- se os cálculos executados com base na tabela de conversão do macaco HP565 (Tabela 14).
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A partir dos dados de conversão do macaco hidráulico, foi calculada uma reta (Figura 5-17) de calibração entre a carga aplicada (kN) e a pressão (bar) do macaco hidráulico.
Tabela 14 Dados da calibração da carga (kN) para a Pressão (bar) do macaco hidráulico.
Carga
(tf) Pressão (bar) Carga (kN)
1 0,80 9,81 5 3,98 49,05 10 7,96 98,10 15 11,95 147,15 20 15,92 196,20 25 19,91 245,25
Figura 5-20 Dados de calibração do macaco hidráulico (kN/bar).
A partir da equação de calibração do macaco hidráulico:
P = -3E-08Q2 + 0,0811Q + 0,2207 (Equação 5-1)
Em que:
P – Pressão do macaco hidráulico (bar) Q – Carga de ensaio (kN)
Por exemplo, para a carga de 700kN considerou-se a aplicação de 57 bar (Tabela 15).
P = -3E-08Q2+ 0,0811Q + 0,2207 0 50 100 150 200 0 500 1000 1500 2000 2500
Q - Carga (kN)
P-
Pr
es
sã
o
(b
ar
)
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Tabela 15 Resultados da aplicação da equação obtida para a aplicação da carga no macaco HP565.
Carga
(kN) Carga (tf) Pressão (bar)
9,81 1,00 1,02 14,72 1,50 1,41 691,61 70,50 56,32 696,51 71,00 56,72 701,42 71,50 57,12 706,32 72,00 57,52 711,23 72,50 57,92
Os aparelhos de medição dos deslocamentos, os defletómetros (Figura 5-22) e o nível digital DN03 (Figura 5-23), foram montados posteriormente. A colocação das vigas e macaco hidráulico foi feita no dia seguinte à remoção da cofragem do maciço de encabeçamento da estaca. No entanto, os aparelhos foram colocados um dia antes da realização do ensaio. O ensaio foi realizado após a confirmação dos resultados do rebentamento dos provetes de betão, indicando que a capacidade de resistência do mesmo era a esperada para a classe de C25/30.
Figura 5-21 - Defletómetros. Figura 5-22 - Nível digital DN03.
Montagem dos ensaios
Após a execução das estacas de reação e a estaca de ensaio procedeu-se à execução do maciço de encabeçamento da estaca. Este maciço tinha as dimensões de 600x600x600mm, betonado com betão classe C25/30. Nas Figuras 5-23a, 5-23b e 5-23c e 5-23d pode ver-se a sequência da construção do maciço.
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Figura 5-23 a - Exemplo de ligação entre EDC e o maciço de encabeçamento.
(Fonte: BAUER).
Figura 5-23b - Abertura da base para execução do maciço.
Figura 5-23c - Cofragem para a execução do maciço.
Figura 5-23d - Maciço de encabeçamento
.
Após a execução do maciço de encabeçamento, procedeu-se à montagem do ensaio (Figura 5- 24a. Os trabalhos foram realizados com a ajuda de uma grua para a colocação dos equipamentos. Na Figura 5-24b pode ver-se o processo executivo da colocação da viga de distribuição onde vai pousar o macaco. Esta placa deve estar centrada com o eixo da estaca para evitar excentricidades e balanceamento das vigas de reação (ponto 5.1 – Segurança no trabalho). Na figura 5-24c observa- se a montagem das vigas de reação. Também se verifica se estão niveladas e centradas com o eixo da estaca. Não foi possível medir as resistências da ponta e do fuste pois não havia a instrumentação tal.
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Figura 5-24a Esquema montagem do macaco e célula de carga. (Fonte: Projeto de ensaio BAUER, 2018).
Figura 5-24b Colocação da placa para distribuição da carga entre maciço e o macaco.
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Figura 5-24d Colocação das vigas transversais e chapas para suporte das vigas de carga. Esquema das soldaduras das chapas aos varões Ø32mm
Figura 5-24e Esquema da montagem do aparelho de medição – réguas e deflectómetros. Aspecto final do ensaio. (Fonte: Relatório obra).
Nas figuras 5-24d e 5-24e representam o aspeto final do ensaio, com todos os equipamentos de reação e de medida do ensaio (ASTM1143).
Nas figuras 5-25 e 5-26 pode ver-se a montagem do ensaio para a carga de 750kN e 400KkN, vigas de equilíbrio, placas de distribuição de carga do macaco, macaco hidráulico e célula de carga. Faltava ainda montar os aparelhos de leitura, os defletómetros, réguas de leitura, nível digital e leitores da célula de carga e da carga do macaco hidráulico.
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Figura 5-25 Montagem final do ensaio de
carga para 750kN. carga para 400kN. (Fonte: Prospeto BAUER).Figura 5-26 - Montagem final do ensaio de
Patamares de carga e descarga
Os patamares de carga e descarga foram realizados de acordo com as recomendações da Sociedade de Geotecnia Alemã (Anexo 1) desta dissertação. O ensaio durou cerca de 24h tendo em conta os patamares de carga e descarga. Os patamares de subida duraram aproximadamente 1h e nos patamares de carga metade da carga máxima e na carga máxima, aproximadamente 6h cada um.
Nas tabelas 16, 17 18 e 19 pode ver-se os patamares de carga e descarga e o tempo de permanência em cada um.
Tabela 16 Patamares de carga e descarga – Ensaio Kuito 700kN. (Fonte: Relatório BAUER).
Time (min) 1 50 60 90 60 175 60 260 360 350 10 175 10 50 60 90 60 175 60 260 60 350 60 430 60 525 60 610 360 700 10 525 10 350 10 175 1 50 Load Table (kN)
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Tabela 17 Patamares de carga e descarga – Ensaio Corimba 750kN. (Fonte: Relatório BAUER)
Tabela 18 Patamares de carga e descarga – Ensaio 250kN. (Fonte: Relatório BAUER)
Tabela 19 Patamares de carga e descarga – Ensaio 400kN. (Fonte: Relatório BAUER
Time (min) 1 50 60 90 60 180 60 280 360 375 10 180 10 50 60 90 60 180 60 280 60 375 60 465 60 560 60 610 360 750 10 560 10 375 10 180 1 50 Load Table (kN) Time (min) 1 20 60 50 60 75 60 100 360 125 10 75 10 60 50 60 75 60 100 60 125 60 150 60 175 60 200 60 225 360 250 10 175 10 125 10 75 10 20 Load Table (kN) Time (min) 1 50 60 100 60 150 60 200 10 150 10 100 10 50 360 200 60 250 60 300 60 350 360 400 10 300 10 200 10 50 Load Table (kN)
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Registos dos ensaios
Os resultados dos deslocamentos observados durante o ensaio são registados num documento (figuras 5-27, 5-28, 5-29 e 5-30) e foram sendo analisados. Por exemplo, os deslocamentos horizontais Hy e Hx. O deslocamento Hy, inicia no valor de 10mm e durante o ensaio este valor sobe. O deslocamento Hx, inicia com o valor de 20mm e durante o processo de carga, este valor baixa (10≤ (Hx, Hy) ≤20 (mm)).
Figura 5-27 Excerto do documento de registo dos deslocamentos ensaio 700kN. (Fonte: Relatório BAUER)
Figura 5-28 Excerto do documento de registo dos deslocamentos. (Fonte: Relatório BAUER)
Figura 5-29 Excerto do documento de registo dos deslocamentos do ensaio 750kN. (Fonte: Relatório BAUER)
Data acquisicion of test pile
Place construction: AO 173 - Hospital kuito Pile Nº.: Pile Test
ManometerWith leveling NA3000 With precision dial gauge With precision dial gauge Reading
after Load Running
day Time Temp Pressure Fix 1 k1 K2 K3 m1 m2 U1 U2 U3 Hx Hy
min (kN) Nr h:min oC bar mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm
1 35 0 15:43 30,6 3 383,50 382,23 380,92 381,90 380,30 381,42 0,48 0,50 0,04 19,42 10,97 1 90 0 15:44 30,6 7 383,53 382,26 380,66 381,28 380,32 381,45 0,55 0,60 0,37 19,25 10,98 5 90 0 15:45 30,6 7 383,30 382,24 381,23 380,66 380,32 381,41 0,85 0,80 0,37 19,25 10,98 10 90 0 15:50 30,6 7 383,12 382,22 381,22 380,64 380,32 381,44 0,86 0,80 0,37 19,25 10,97 15 90 0 16:00 30,6 7 383,36 382,23 381,28 380,67 380,34 381,51 0,86 0,80 0,37 19,25 10,98 30 90 0 16:16 30,6 7 383,09 382,30 381,27 380,65 380,35 381,45 0,86 0,80 0,37 19,25 10,98 45 90 0 16:31 30,6 7 383,07 382,28 381,26 380,66 380,37 381,47 0,86 0,80 0,37 19,25 10,98 60 90 0 16:46 30,6 7 383,04 382,26 381,26 380,65 380,38 381,46 0,86 0,80 0,37 19,25 10,98
Pile top movement
Vertical Horizontal
Data acquisicion of test pile
Place construction: AO 177 - Hospital Kuito 2
Pile Nº.: Pile Test 12,5
Hidraulic
Jack HP565With leveling NA3000 With precision dial gauge With precision dial gauge Reading
after Load Load Running
day Time Temp Pressure Fix 1 k1 K2 K3 m1 m2 U1 U2 U3 Hx Hy
min kN ton Nr h:min oC bar mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm
1 25 3 1 11:00 29,0 2 509,59 373,44 373,85 374,53 373,41 374,40 0,00 0,00 0,00 20,00 10,00 1 50 5 1 11:01 29,0 4 509,61 373,51 373,82 374,52 373,34 374,41 0,03 0,01 0,02 20,03 10,02 5 50 5 1 11:06 29,0 4 509,59 373,46 373,79 374,50 373,38 374,36 0,04 0,02 0,03 20,03 10,02 10 50 5 1 11:06 29,0 4 509,51 373,44 373,76 374,47 373,32 374,33 0,06 0,03 0,04 20,03 10,02 20 50 5 1 11:26 29,0 4 509,62 373,42 373,78 374,45 373,32 374,31 0,07 0,05 0,04 20,01 10,02 40 50 5 1 11:46 29,0 4 509,59 373,46 373,74 374,51 373,40 374,34 0,06 0,04 0,04 20,01 10,05 60 50 5 1 12:06 29,0 4 509,57 373,41 373,76 374,46 373,33 374,31 0,11 0,04 0,03 20,07 10,15
Pile top movement
Vertical Horizontal
Data acquisicion of test pile
Place construction: AO 174 - Viaduto Corimba
Pile Nº.: Pile Test 12,5
Hidraulic
Jack HP565With leveling NA3000 With precision dial gauge With precision dial gauge Reading
after Load Running day Time Temp Pressure Fix 1 k1 K2 K3 m1 m2 U1 U2 U3 Hx Hy
min kN Nr h:min oC bar mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm
1 50 1 13h20 34,0 4 157,14 154,04 153,65 153,27 153,54 154,69 0,00 0,00 0,00 21,00 10,00 1 90 1 13h21 34,0 8 157,07 154,07 153,63 153,28 153,54 154,67 0,06 0,02 0,07 20,91 10,06 5 90 1 13h26 34,0 8 157,12 154,18 153,75 153,74 153,56 154,67 0,07 0,02 0,07 20,90 10,06 10 90 1 13h36 34,0 8 157,11 154,15 153,76 153,73 153,59 154,71 0,53 0,02 0,98 19,88 10,98 20 90 1 13h46 34,0 8 157,12 154,18 153,77 153,74 153,62 154,72 0,53 0,21 0,95 19,89 10,97 40 90 1 14h06 34,0 8 157,15 154,15 153,76 153,75 153,63 154,74 0,53 0,22 0,95 19,88 10,93 60 90 1 14h26 34,0 8 157,17 154,19 153,80 153,78 153,64 154,74 0,52 0,28 0,94 19,88 10,93
Pile top movement
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Figura 5-30 Excerto do documento de registo dos deslocamentos do ensaio 400kN. (Fonte: Relatório de trabalho BAUER)
5.3 Considerações finais do capitulo
Neste capitulo fez-se a abordagem ao processo de montagem dos ensaios de carga. Fez-se uma abordagem as questões de segurança durante a montagem e também durante as leituras. Em obra, depois das mudanças de carga em cada patamar, há um período 2 ou 3 minutos para que a estrutura de adapte à nova carga e só depois é feita a primeira leitura. Assim que são feitas as leituras nos defletómetros, o colaborador retira-se.
Apresentou-se os procedimentos, montagem e registos dos 4 ensaios de carga em EDC. Dois dos ensaios realizados em estacas dúcteis cravadas que foram projetadas para distribuírem a carga por atrito (ensaio de 700kN e 250kN) e as outros dois por ponta (ensaio de 750kN e 400kN). A montagem e os ensaios de carga foram realizados com base nas Recomendações da Sociedade Alemã de Geotecnia e na Norma ASTM D1143 – D 1143 -07.
No capitulo seguinte são apresentados os resultados dos ensaios e métodos interpretação da curva carga/assentamento.
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