Conforme estabelecido pela norma NBR 12131/1992 (Estacas – Prova de Carga Estática: Método de Ensaio), uma prova de carga consiste em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca, com registro dos deslocamentos correspondentes. Esta norma prescreve o método de prova de carga em estacas, visando fornecer elementos para avaliar o comportamento carga x deslocamento. Podem-se obter (após a devida interpretação) recalques e a capacidade de carga da estaca.
A prova de carga estática é a técnica mais aceita para determinação da capacidade de carga de estacas.
As provas de carga por vezes são realizadas com intuito de refinar o cálculo das fundações, além de conferir se as capacidades de carga previstas no pré-projeto são, de fato, as encontradas em campo.
Velloso e Lopes (2010) complementam: provas de carga estática são realizadas em estacas (e tubulões) com um dos seguintes objetivos:
Verificar o comportamento previsto em projeto (capacidade de carga e recalques);
Definir a carga de serviço em casos em que não se consegue fazer uma previsão de comportamento.
32 Atualmente, há uma boa previsão de comportamento de fundações para os mais diversos tipos de solos e estacas, assim, as provas de carga no Brasil são feitas principalmente para conferência do que já foi dimensionado em projeto.
A norma de fundações NBR 6122/2010 prevê uma redução nos fatores de segurança das obras de fundação quando do uso provas de carga, assim, a execução de provas de carga estática podem gerar redução nos custos com fundações. A norma de fundações sugere que, numa obra com mais de 100 estacas, seja feita uma prova de carga estática a cada 100 estacas ou fração.
As metodologias de carregamento das estacas nos ensaios podem ser separadas em quatro grupos (Fellenius, 1975):
Carregamento lento com carga mantida – SM ou SML (“Slow Maintained Load Test”): o carregamento é feito em incrementos iguais até determinado nível de carga, maior do que a carga de trabalho. Cada estágio é mantido até se atingir a estabilização dos deslocamentos, de acordo com certo critério de estabilização;
Carregamento rápido com carga mantida – QM ou QML (“Quick Maintained Load Test”): são aplicados incrementos iguais de carga, até determinado nível de carregamento, maior do que a carga de trabalho prevista para a estaca. Cada estágio de carga é mantido por um intervalo de tempo fixo pré-determinado, independentemente da estabilização dos deslocamentos;
Carregamento sob velocidade constante de penetração - CRP (“Constant Rate of Penetration”): a carga é ajustada para manter constante a velocidade de recalque do topo da estaca. A prova de carga é levada até certo nível de deslocamento;
Carregamento cíclico - CLT ou SCT (“Cyclic Load Test” ou “Swedish Cyclic Test”): a estaca é carregada até 1/3 da carga de trabalho e descarregada para a metade desta carga, repetindo-se esse ciclo 20 vezes. Posteriormente a carga superior do ciclo é aumentada 50% e repete-se o procedimento. Continua-se até atingir a ruptura.
Na Figura 14, Fellenius (1975) mostra uma comparação na diferença de tempo para execução de cada prova de carga.
33 Figura 14 - Comparação dos tempos de execução do ensaio (Fellenius, 1975)
A escolha do tipo de ensaio a ser adotado leva em conta fatores como: tipo do solo, padrão de carregamento, magnitude de recalques, etc. Neste trabalho será utilizado o ensaio de carregamento lento com carga mantida. De acordo com a NBR 12.131/1992, o sistema estaca-solo é submetido à aplicação de carga estática em estágios crescentes, de incrementos iguais, onde a cada estágio é mantida a carga até ocorrer a estabilização dos recalques. É feita a medição dos recalques no topo da estaca ou do bloco para estabelecer assim diversos pontos da curva carga-recalque.
Cada incremento de carga deve ser de, no máximo 20% da carga de trabalho prevista para a estaca, e deve ser mantido até a estabilização dos recalques, ou por 30 minutos. A estaca é carregada até a ruptura ou duas vezes o valor da carga de trabalho. O critério de estabilização dos recalques ocorre quando a diferença entre leituras nos instantes t e t/2 corresponder a até 5% do deslocamento ocorrido no estágio.
2.5.1 Realização das provas de carga
Para a montagem do sistema de prova de carga, Pousada (2004) cita que, para que a resistência atingida seja compatível com as solicitações da prova de carga, devem ser tomados certos cuidados, tais como: centralização e alinhamento dos macacos e células de carga utilizadas, distância mínima dos tirantes ou estacas de reação em relação ao elemento a ensaiar, excesso de capacidade de carga do sistema em relação à carga máxima prevista no ensaio e tempo de cura de elementos de concreto moldados in situ. Além disso, é importante tomar cuidado com a fixação e calibração prévia do sistema de referência. Todo o sistema deve estar calibrado; bombas, macacos e, para medidas de recalque, deflectômetros ou extensômetros mecânicos.
34 As Figura 15 e 16 ilustram um sistema de prova de carga a compressão:
Figura 15 – Sistema de prova de carga
Figura 16 - Detalhe do esquema de medição e conjunto macaco-bomba
Os resultados das provas de carga são dados na forma de curvas carga x recalque, e sua interpretação deve respeitar alguns critérios estabelecidos por alguns autores como Vesic (1975), Fellenius (1975) e Godoy (1983).
Foa (2001) ressalta que, quando um pequeno acréscimo de carga provoca um grande recalque, define-se na curva um trecho assintótico vertical, cuja carga correspondente é denominada carga estática última. Como a maioria das curvas não apresenta uma assíntota vertical, a determinação da carga de ruptura é uma questão polêmica na
35 engenharia de fundações, embora a metodologia de Van der Veen (1953) e a previsão da curva dada pela NBR 6122/2010 tenham uma grande aceitação nacional.
Nas provas de carga, dificilmente chega-se à ruptura estrutural das estacas e sim a uma ruptura geotécnica.