O ensaio é regido pela norma NBR 12131/2006 e consiste na aplicação de carga de compressão no topo da estaca, em incrementos sucessivos e iguais, com instrumentação para aferir o deslocamento vertical e a carga aplicada (ABNT, 2006) .
A representação esquemática do sistema de instrumentação da prova de carga à compressão é apresentada na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Sistema de medição para prova de carga à compressão, (VELLOSO e LOPES, 2010).
As cargas são aplicadas utilizando-se um macaco hidráulico atuando contra um sistema de reação do tipo cargueira, estacas de reação ou tirantes. No sistema cargueiro a reação é realizada utilizando um caixão preenchido com peso morto conhecido. No segundo tipo, o sistema de reação é constituído por estacas integralmente armadas à tração, ou estacas metálicas, executadas em torno do elemento a ser ensaiado e fixadas por meio de uma viga metálica ancorada nas estacas. (ABNT, 2006).
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Por sua vez, o sistema composto por tirantes possui uma sistemática similar ao anterior, porém, ao invés das estacas os tirantes são executados normalmente inclinados, presos por uma carapaça e ancorados em rocha ou solo (Figura 2.3) (CINTRA e AOKI, 2010).
Figura 2.3 – Sistemas de reação para execução da prova de carga estática, (a) cargueira, (b) estacas de tração e (c) tirantes ancorados ao solo (VELLOSO e LOPES, 2010). A norma NBR 12131/2006 (ABNT, 2006) aponta quatro tipos de ensaio de carga controlada:
- ensaio com carregamento lento; - ensaio com carregamento rápido; - ensaio com carregamento misto; - ensaio com carregamento cíclico.
No Brasil, tradicionalmente, os ensaios estáticos mais comuns de serem realizados são os com carregamento lento e carregamento rápido e suas particularidades serão apresentadas de forma mais detalhada nos itens 2.4.1. e 2.4.2.
2.4.1. Prova de carga lenta
O ensaio de carregamento lento, representado pela sigla CML (carga mantida lenta) é o método mais tradicional. Os estágios de carga são programados com incrementos sucessivos e iguais a 20% da carga admissível de projeto até atingir a carga máxima pretendida de ensaio. Segundo a NBR 6122/2019, à estaca deve ser ensaiada para carregamentos equivalentes a duas vezes a carga admissível de projeto. Especificamente para avaliação do desempenho do estaqueamento, o ensaio dever ser planejado para atingir 1,6 vezes a carga admissível (CINTRA e AOKI, 2010).
(b) (c)
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Em todos os estágios a carga é mantida por no mínimo 30 minutos, até atingir a estabilização dos deslocamentos. O ensaio prevê leituras de recalques a partir de 2 minutos de carregamento e em tempos dobrados até uma hora (t= 2, 4, 8, 12, 30, e 60 min). Após a primeira hora de ensaio os recalques são medidos de hora em hora (t=2h, 3h, 4h etc.) (CINTRA e AOKI, 2010).
A norma NBR 12131/2006 determina que a estabilização dos deslocamentos ocorre quando a diferença entre as leituras consecutivas não for superior a 5% do recalque do estágio (ABNT, 2006).
No último estágio de carregamento, a carga máxima deve ser mantida por 12 horas após a estabilização dos deslocamentos. Somente após esse período inicia-se a etapa de descarregamento. Esta, ocorre em quatro estágios sucessivos com redução de carga não superior a 25% da carga total, mantidos até a estabilização dos recalques e com duração mínima de 15 minutos. Após a conclusão do ensaio, o recalque final estabilizado indica o deslocamento permanente sofrido pela estaca (ALMEIDA, 2009).
O resultado de uma prova de carga estática consiste em uma curva carga recalque P x , em que P e são cargas e recalques no topo da estaca respectivamente. Os segmentos horizontais indicam a trajetória da carga entre os estágios e os segmentos horizontais representam os deslocamentos durante o período em que a carga foi mantida nos estágios (Figura 2.4). Na prática é comum apresentar apenas a curva carga x recalque interceptando os pontos finais dos estágios (CINTRA e AOKI, 2010).
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Figura 2.4 – Curva carga (P) x recalque () com representação dos estágios (CINTRA e AOKI, 2010).
2.4.2. Prova de carga rápida
Segundo Cintra e Aoki (2010) a prova de carga rápida, representada pela sigla CMR (carga mantida rápida), consiste em estágios de carregamento com duração padronizada, sem a necessidade de aguardar a estabilização dos recalques. A norma NBR 12131/2006 estabelece que a carga aplicada em cada estágio não deve ser superior 10% da carga admissível prevista e deve ser aplicada em um período mínimo de 5 minutos.
O descarregamento é realizado de forma similar ao ensaio lento, em quatro estágios de descarregamento com redução de 25% da carga por estágio (ALMEIDA, 2009).
Fellenius (1975) apud Almeida (2009) demonstra que o ensaio rápido apresenta a vantagem de possuir um número elevado de leituras de cargas e recalques, por consequência, a curva carga recalque apresenta forma mais definida.
Devido a não estabilização dos recalques durante os estágios, os custos envolvidos são menores, tornando este ensaio economicamente interessante. É importante ressaltar que normalmente a capacidade de carga obtida via ensaio rápido é maior do que a verificada em um ensaio lento. O contrário é observado em relação a aferição dos recalques, no ensaio rápido os recalques são consideravelmente menores do que os obtidos no ensaio
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lento. A representação esquemática das curvas CMR e CML podem ser observadas na Figura 2.5 (ALMEIDA, 2009).
Figura 2.5 – Curva dos ensaios rápido (CMR) e lento (CML) (CINTRA e AOKI, 2010). Milititsky (1991) ressalta que, além dos carregamentos efetuados com alta velocidade resultarem em um aumento da capacidade de carga verifica-se adicionalmente que a rigidez do sistema-solo-estaca também apresenta valores mais elevados quando comparados aos obtidos nos ensaios de baixa velocidade.
2.4.3. Modos de ruptura
A resistência do sistema solo-estaca pode ser integralmente mobilizada através de diferentes modos de ruptura. De forma geral tem-se três tipos de ruptura em um ensaio de carga estática. A ruptura pode ser nítida, física ou convencional (CINTRA e AOKI, 2010).
Chamamos de ruptura nítida aquela que ocorre em ensaios que não necessitam de interpretação para identificar o valor de resistência máxima do sistema (Figura 2.6). Essa condição é incomum de ser observada, na maioria dos casos os ensaios apresentam ruptura física ou convencional (Figura 2.6). Na ruptura física, a curva carga-recalque tende a uma assíntota vertical no trecho final e apresenta recalques elevados próximo a ruptura, neste caso a carga última pode ser obtida pela extrapolação da curva. (VALVERDE, 2018).
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Figura 2.6 – (a) Ruptura nítida; (b) ruptura física; (c) ruptura convencional (CINTRA e AOKI, 2010).
O terceiro modo de ruptura, denominado ruptura convencional, é caracterizado por apresentar um segmento linear não vertical nos últimos estágios da curva carga x recalque. Nessa situação, não existe indício de ruptura ainda que fossem aplicados carregamentos superiores aos ensaiados. Para obtenção da carga de ruptura, na prática, é corriqueiro utilizar critérios teóricos que arbitram um ponto da curva em função da magnitude dos recalques observados, para que a carga correspondente seja adotada como carga de ruptura. Como exemplos pode-se citar os critérios de ruptura convencional de Terzaghi e da norma 6122/2019 (CINTRA e AOKI, 2010).
É importante ressaltar que a norma NBR 12131/2006 descreve apenas os modos de ruptura nítida e convencional. Sendo assim, a ruptura física seria interpretada como ruptura convencional (ABNT, 2006).
Nos modos de ruptura física ou convencional a forma da curva é denominada do tipo aberta. A curva aberta retrata o resultado mais frequente observado nos ensaios de carga. Para essa condição verifica-se que, se fosse possível continuar o carregamento além da carga máxima programada no ensaio, seria possível verificar uma resistência mobilizada superior (CINTRA e AOKI, 2010).