Prova de carga estática instrumentada em profundidade

as parcelas de resistência por atrito lateral ao longo do fuste e, ou apenas, separar a resistência por atrito lateral da resistência de ponta.

A quantidade, arranjo e tipo de instrumentação dependem do propósito da mesma. Como instrumentação ao longo do fuste podem ser utilizados:

extensômetros (strain-gages) elétricos de resistência, extensômetros de corda vibrante e hastes medidoras de deslocamentos (tell-tales).

Recentemente, fibra ótica tem sido utilizada, no entanto, é comparativamente mais cara, especialmente o equipamento de aquisição de dados, e muito cuidado é necessário no manuseio dos cabos durante sua instalação (HAYES & SIMMONDS, 2002).

Outra opção é executar uma prova de carga bidirecional com célula expansiva hidrodinâmica. Instalada, geralmente, próxima à ponta da estaca, essa célula é capaz de expandir nas duas direções: para cima, mobilizando o atrito lateral e para baixo, mobilizando a resistência de ponta, o que permite medir essas parcelas de carga separadamente (SCHMERTMANN et al., 1998).

Brown & Shi (2001) relatam o uso de células em vários níveis do fuste da estaca, de forma a promover testes em diferentes porções do mesmo.

Segundo Hayes & Simmonds (2002), a distribuição de carga ao longo de uma estaca, normalmente, é medida por strain-gages incorporados à mesma.

Especificamente em provas de carga estática, os autores afirmam que os strain-gages de corda vibrante são geralmente utilizados por serem robustos, de rápida e simples instalação. Outra vantagem é que o sinal de saída em frequência, dada em Hertz ( ), não é afetado por umidade, alongamento ou encurtamento dos cabos, quedas de tensão causadas por corrosão dos terminais de contato ou efeitos de temperatura nos cabos.

No presente trabalho é apresentado o resultado de uma prova de carga instrumentada na qual foram utilizados extensômetros elétricos de corda vibrante (extensômetros recuperáveis modelo A-9 fabricados pela Geokon).

Em estacas moldadas in loco a instalação desse tipo de extensômetro em seções de interesse ao longo do fuste da estaca é feita no interior de um tubo guia de aço, o qual é introduzido na estaca durante sua execução.

Os extensômetros são ancorados no tubo através de ventosas de aço expansíveis a gás (ar comprimido, dióxido de carbono ou nitrogênio) e ligados uns aos outros, em série, através de hastes de aço, fibra de vidro ou carbono (GEOKON, 2011).

A leitura dos dados dos extensômetros é realizada por meio de uma unidade leitora do tipo GK-404, ou similares. A unidade de saída dos dados de vibração é o digit, cujo cálculo é baseado na seguinte equação:

(2.3)

A unidade leitora ainda fornece dados de temperatura em graus centígrados.

Figura 3 - Extensômetro do tipo A-9 de fabricação da Geokon: Peça para ancoragem (à frente), dois extensômetros completos (centro) e haste

conectora (ao fundo).

Fonte Geokon (2014).

Os dados de vibração em digit são convertidos em deslocamento por meio da seguinte equação:

(2.4)

Onde:

é o deslocamento calculado (mm);

é a leitura em um dado tempo (digit);

é a leitura inicial (digit);

é o fator de calibração (mm/digit).

Os valores de deformação específica ( ) são obtidos da divisão do deslocamento calculado pela distância entre ancoragens.

Tipicamente, a carga em cada seção instrumentada ( ) é estimada através da deformação medida e do módulo de elasticidade da estaca (HAYES

& SIMMONDS, 2002). Considerando-se a relação entre carga (carga de topo) e deformação específica através da teoria da elasticidade (Lei de Hooke), tem-se:

(2.5)

Onde:

é a deformação específica medida na seção instrumentada;

é o módulo de elasticidade da estaca na seção instrumentada;

é a área da seção transversal da estaca na seção instrumentada.

O módulo de elasticidade de estacas metálicas é constante e conhecido com bastante precisão e é, aproximadamente, igual a 205 GPa (FELLENIUS, 2006).

No caso de estacas de concreto, moldadas in loco ou pré-moldadas, o módulo de elasticidade ( ) pode ser calculado a partir da resistência à compressão de corpos de prova, por meio da Equação (2.6). Baseada na resistência à compressão de um corpo de prova de concreto ( ), a equação proporciona valores razoáveis de , porém há discussões acerca da variação da constante conforme o traço e da diferença entre a resistência do concreto à compressão desconfinada e a resistência à compressão do concreto do fuste da estaca (HAYES & SIMMONDS, 2002).

(2.6)

Fellenius (2001) também discute o fato de que o módulo de elasticidade do concreto, ao contrário do aço, não é constante e sim função do carregamento imposto, ou melhor, da deformação imposta.

O autor explica que em uma prova de carga, normalmente, o módulo diminui com o aumento da carga ou tensão aplicada. Isso significa que, quando

a carga é aplicada a uma estaca a relação tensão-deformação segue uma curva, não uma reta.

Fellenius (2001) afirma que a curva “tensão versus deformação” pode, com acurácia suficiente, ser definida por uma equação de segundo grau, na qual a variável dependente é a tensão e a independente a deformação. Essa abordagem se baseia no fato de que a tensão pode ser tomada como o módulo secante multiplicado pela deformação.

Segundo o autor, essa relação pode ser determinada diretamente a partir dos dados de carga-deformação de uma seção próxima ao topo da estaca (livre de atrito lateral) na qual são locados strain-gages. É possível também determinar o módulo de elasticidade com dados das demais seções instrumentadas. Nesse caso, o módulo é calculado a partir da deformação medida resultante de incrementos de carga subsequentes ao esgotamento do atrito lateral, na seção em que se deseja obter o parâmetro.

Sabendo a relação tensão-deformação definida pela equação de segundo grau, a deformação medida pode ser convertida em tensão em cada seção instrumentada. A carga é obtida multiplicando a tensão pela seção transversal da estaca.

A Figura 4 mostra o resultado de uma prova de carga instrumentada, onde se observa uma distribuição esquemática do atrito lateral e da resistência de ponta para os diversos incrementos de carga.

Figura 4 - Transferência de carga em estaca raiz em solo de diabásio.

Fonte: Garcia et al. (2012).