Tecnologia em Engenharia de Estruturas e Fundações

A Dynamis Techne é uma das primeiras empresas na Região Norte com capacidade para realização do “Ensaio de Carregamento Dinâmico – ECD”, ou “Prova de Carga Dinâmica” em Estacas, utilizando o PDA – Pile Dynamic Analyser (Analisador Dinâmico de Estacas), o qual utiliza modernas técnicas e equipamentos de monitoração (PDA, extensômetros e acelerômetros).

Objetivo

O Ensaio tem como objetivo final a determinação da capacidade de carga de estacas, de forma rápida e econômica, podendo ser realizado tanto em estacas cravadas como em estacas moldadas in-loco. O ensaio se distingue da prova de carga estática tradicional, pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um bate-estacas. As respostas são medidas através de sensores de deformação e de aceleração afixados no topo da estaca.

Quando provas de carga devem ser realizadas

A norma NBR-6122, no item 9.2.2.1, estabelece que é obrigatória a execução de provas de carga estática em obras que tiverem um número de estacas superior a um determinado valor, a depender do tipo de estaca. Por exemplo, conforme tabela 6 da norma, para obras com estacas pré-moldadas de concreto ou estacas metálicas, as provas de carga são necessárias, quando o número de estacas for igual ou maior do 100. Quando o número de estacas for superior a este valor (especificado na norma dependendo do tipo de estaca), deve ser executado um número de provas de carga estáticas igual a no mínimo 1% da quantidade total de estacas, arredondando-se sempre para mais.

É necessária também a execução de prova de carga, qualquer que seja o número de estacas da obra, se elas forem empregadas para tensões médias (em termos de valores admissíveis) superiores a determinados valores indicados na tabela 6 da norma (por exemplo, 7MPa para estacas pré-moldadas de concreto).

Para comprovação de desempenho, as provas de carga estáticas podem ser substituídas por ensaios dinâmicos na proporção de cinco ensaios dinâmicos para cada prova de carga estática em obras que tenham um número de estacas dentro de uma certa faixa (por exemplo de 100 a 200 estacas, para estacas pré-moldadas de concreto ou estacas metálicas).

Ou seja, pode-se obter uma considerável economia nas fundações de uma obra, sem comprometer a sua segurança, considerando-se tensões admissíveis mais elevadas, e utilizando-se provas de carga dinâmicas.

Descrição do Ensaio

A metodologia do ECD encontra-se normalizada através da NBR-13208:2007 Estacas – Ensaio de Carregamento Dinâmico.

O ensaio é baseado na teoria de propagação da onda. Sabe-se que quando uma estaca é submetida a um golpe (por um bate estaca, por exemplo), é gerada uma onda de tensão que se propaga ao longo da estaca, a qual trafega com uma velocidade constante, e que depende apenas das características do material.

Deste modo, o ensaio consiste basicamente em se aplicar impactos na cabeça de uma estaca, e medir com sensores afixados à mesma, a força aplicada e a velocidade de propagação da onda de tensão.

Aplicação da Carga de Impacto

De acordo com o item 4.1.1 da NBR-13208:2007, o sistema de aplicação de impacto (martelo) deve apresentar massa e/ou energia potencial suficiente para provocar força de impacto capaz de gerar deslocamentos permanentes da ponta da estaca, e mobilizar resistências das camadas de solo atravessadas pelo fuste. O sistema pode ser constituído de martelos automáticos de simples ou duplo efeito e martelos de queda livre (item 5.1.3 da NBR 13208:2007).

De acordo com o item 5.4.1.3 da NBR 13208:2007, o ensaio de carregamento dinâmico, para avaliação de capacidade de carga, deve ser conduzido conforme um dos seguintes procedimentos:

Energia crescente – consiste na aplicação de golpes com alturas de queda variáveis e crescentes a partir de um nível de energia inferior ao do término da cravação (sistema de impacto de queda livre)
Energia constante – consiste na aplicação de golpes de energia constante, preferencialmente com energia igual ou ligeiramente superior àquela utilizada no final da cravação.

Sensores para medição das respostas

Para medição das respostas dinâmicas, no ensaio são utilizados dois tipos de sensores, posicionados na parte superior da estaca, quais sejam:

Acelerômetro para medida da velocidade (a partir da integração da aceleração) de propagação de onda;
Extensômetro para medida da força aplicada (a partir da medida de deformação, e posterior tensão);

Aquisição dos dados

As respostas medidas pelos sensores são enviadas ao sistema PDA (Pile Dynamic Analyser), o qual armazena e processa os sinais de modo “on line“.

Análise dos Resultados

A interpretação e análise dos dados são fundamentados na teoria de propagação unidimensional da onda. Em geral, utilizam-se as seguintes metodologias (NBR 13208:2007):

Método simplificado tipo CASE, empregado no momento do ensaio;
Análise numérica rigorosa, tipo CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program), realizado posteriormente;

A estimativa de capacidade de carga do método tipo CASE é dada pela soma do atrito lateral e da resistência de ponta através de fórmula expedita. A análise do tipo CASE fornece para cada golpe transmitido à estaca, as seguintes informações principais:

carga mobilizada na interface solo-estaca;
integridade estrutural;
tensões dinâmicas máximas de compressão e de tração;
deslocamento máximo;
máxima energia transferida;

Já no método tipo CAPWAP, utiliza-se um programa computacional que estima a capacidade de carga da estaca com base em ajustes de um modelo numérico. No programa, este modelo numérico representa a estaca através de elementos de molas e de massas, e representa o solo através de elementos de molas e amortecedores. Na análise, varia-se os parâmetros do modelo numérico, ajustando-os até que se obtenha um bom ajuste entre as respostas calculadas e medidas. Estes ajustes são feitos de forma interativa, tendo como base um fator de qualidade denominado MQ (Match Quality). Quanto menor é o valor do fator de qualidade MQ, melhor é o ajuste entre as curvas medida experimentalmente e obtida numericamente.

De acordo com o item 7.3 da NBR 13208, no ensaio de carregamento dinâmico de energia crescente, quando for necessário avaliar as cargas máximas mobilizadas por atrito lateral e ponta, recomenda-se que seja processada para cada golpe a análise do tipo CAPWAP correspondente, verificando-se a consistência da solução com base na tendência do conjunto de golpes e face às características do perfil geotécnico.

Informações que podem ser obtidas com o ensaio

Algumas das informações que podem ser obtidas com o ensaio são:
1) Informações sobre a integridade da estaca, com localização de eventual dano, e estimativa de sua intensidade;
2) Energia efetivamente transferida para a estaca, permitindo estimar a eficiência do sistema de cravação;
3) Parcelas de resistência devida a atrito lateral e de resistência de ponta, e distribuição de atrito ao longo do fuste;
4) Limite de deformação elástica do solo.