Capacidade de carga de fundações: metodologias, ensaios e resultados

A capacidade de carga de fundações e sua etapa de investigação e controle de qualidade são pilares determinantes para a segurança e a viabilidade econômica de qualquer empreendimento de engenharia civil. Nesse contexto, os ensaios geotécnicos aplicados às fundações consolidam-se como instrumentos para validar o desempenho dos elementos estruturais in loco.

Mais do que uma simples conferência, esses ensaios permitem confrontar as premissas adotadas durante a fase de dimensionamento com a resposta real do sistema fundação-solo. Dessa forma, é possível garantir que as especificações de projeto recebam total atendimento. Além disso, através dessas verificações, obtêm-se parâmetros precisos sobre a capacidade de carga de fundações e o comportamento deformacional das estacas quando submetidos aos esforços de serviço.

Nesse sentido, a interpretação desses dados é fundamental para mitigar riscos de recalques excessivos ou falhas estruturais. Portanto, de acordo com a natureza da solicitação e os objetivos da análise, os métodos para avaliar a capacidade de carga de fundações dividem-se em duas categorias principais: ensaios estáticos e ensaios dinâmicos.

Em primeiro lugar, os ensaios estáticos determinam a capacidade de carga de fundações através da aplicação de cargas conhecidas de forma crescente e em estágios de tempo iguais. Simultaneamente, realiza-se o registro dos deslocamentos correspondentes, monitorados até que a estaca atinja a carga máxima programada. Em seguida, o processo exige realizar os descarregamentos necessários.

Por outro lado, os ensaios dinâmicos visam verificar o comportamento da interação entre o elemento de fundação e o solo através da aplicação de uma força de impacto no topo da estaca. Consequentemente, essa técnica permite a avaliação da capacidade de carga de fundações e da integridade da estaca de maneira ágil.

1. Ensaios estáticos para medir a capacidade de carga de fundações

Prova de carga estática (pce)

A Prova de Carga Estática (PCE) consolidou-se como o método mais confiável para determinar a capacidade de carga de fundações e o comportamento tensão-deformação. Além disso, seu objetivo central busca estabelecer a correlação entre a carga aplicada e o deslocamento vertical (recalque) do elemento, permitindo construir a curva carga-recalque.

A execução do ensaio consiste em aplicar cargas conhecidas e crescentes sobre o topo da estaca. Nesse sentido, macacos hidráulicos geram a força, que um sistema de reação estável deve absorver. Tal sistema pode utilizar tirantes nos elementos próximos ou, igualmente, um sistema de reação helicoidal.

A aplicação da carga ocorre em estágios, com intervalos de tempo definidos em norma, como a NBR 16903/2020. É necessário monitorar esses intervalos até que a estaca atinja a carga máxima programada — que tipicamente corresponde a duas vezes a carga de trabalho prevista — ou até que se caracterize a ruptura geotécnica e perda do atrito lateral do elemento.

Simultaneamente, realiza-se o registro dos deslocamentos (recalques) e, em seguida, o descarregamento da estaca. O principal produto da PCE é o gráfico carga versus deslocamento, uma ferramenta analítica onde a curva nasce da plotagem dos pontos estabilizados ao final de cada estágio. Portanto, a análise dessa curva permite determinar a capacidade de carga de fundações e prever como a estrutura se comportará sob as cargas reais.

Este gráfico representa a resposta da fundação e do solo ao carregamento. Ademais, a curva descendente serve como parâmetro para visualização e entendimento dos resultados, facilitando a comparação. A curva superior representa o carregamento, enquanto a inferior detalha o descarregamento.

Ensaio de placa (prova de carga estática sobre placa)

O ensaio de placa ocorre quando há o interesse de definir qual é a capacidade de carga de fundações superficiais, o coeficiente de reação vertical e a estimativa de recalques. Nesta metodologia, deve-se aplicar uma carga estática sobre uma placa de aço rígida, geralmente com diâmetros de 30 cm, 45 cm ou 80 cm, posicionada diretamente sobre o solo investigado.

Macacos hidráulicos realizam o carregamento. Contudo, para viabilizar a aplicação da força, o ensaio exige uma estrutura de reação robusta. É comum utilizar o peso operacional de maquinários pesados, como escavadeiras hidráulicas ou caminhões carregados. Entretanto, a massa desses equipamentos deve exceder significativamente a carga máxima para evitar o levantamento do sistema.

O principal resultado obtido é o gráfico da relação entre carga aplicada e deslocamento vertical da placa. Consequentemente, obtém-se a curva carga versus deslocamento, de forma análoga ao ensaio de Prova de Carga Estática (PCE). Para garantir a conformidade técnica, seguimos as diretrizes da NBR 6489.

2. Ensaios dinâmicos para avaliar a capacidade de carga de fundações

Ensaio de integridade de estacas (pit) – baixa deformação

O PIT (Pile Integrity Test) é um ensaio não destrutivo destinado à verificação da integridade estrutural. Visto que é um método rápido e prático, o PIT permite avaliar muitas estacas em um curto intervalo de tempo. Dessa forma, ele agrega uma vantagem clara para verificar a integridade estrutural, o que indiretamente assegura a capacidade de carga de fundações em massa.

O ensaio consiste na aplicação de um golpe de baixa energia no topo da estaca com o auxílio de um martelo manual. Um acelerômetro fixado na cabeça registra a propagação da onda de tensão gerada. À medida que a onda se propaga ao longo do fuste, ocorrem reflexões sempre que há variações nas propriedades geométricas ou mecânicas da estaca, como mudanças de seção ou defeitos no material.

Apresenta-se o resultado na forma de um gráfico de velocidade em função da profundidade. Nesse contexto, reflexões positivas indicam reduções de seção, enquanto reflexões negativas estão associadas a aumentos de seção. Embora o PIT não forneça diretamente a capacidade de carga de fundações, ele atua como ferramenta vital de controle de qualidade.

Prova de carga dinâmica (pda)

O PDA (Pile Driving Analyzer) é o ensaio dinâmico que tem como objetivo central a avaliação da capacidade de carga de fundações e da integridade da estaca. Este procedimento funciona como ferramenta de verificação do desempenho do elemento estrutural, permitindo diagnosticar se a estaca mantém sua continuidade física e se possui a resistência necessária conforme o projeto.

A realização do PDA ocorre através de um ciclo de golpes sucessivos na cabeça da estaca, gerando uma força de impacto que mede a interação entre o elemento e o solo. Interrompe-se esse processo quando ocorre a ruptura do bloco ou quando se atinge duas vezes o valor da carga do elemento.

Durante a execução, sensores de deformação e acelerômetros registram os valores de força e velocidade. A partir desses registros, obtêm-se informações como o comprimento total e cravado, a resistência à penetração, valores de força de compressão e deslocamento, além de propriedades dinâmicas do material, como velocidade de propagação das ondas.

Nesse sentido, a interpretação utiliza a Teoria da Análise de Ondas, por meio do método numérico CAPWAP. Essa análise permite estimar a capacidade de carga de fundações de forma estática equivalente, além de decompor a resistência em componentes de ponta e de atrito lateral. Além disso, a análise fornece dados para a verificação da integridade ao longo de todo o comprimento. Para mais detalhes técnicos, consulte as normas internacionais ASTM D4945.

Ensaios geotécnicos: conclusão e importância

Os ensaios geotécnicos aplicados às fundações desempenham papel fundamental na verificação do desempenho estrutural e na redução dos riscos. A aplicação de ensaios estáticos e dinâmicos possibilita a avaliação da capacidade de carga de fundações, fornecendo subsídios técnicos tanto para a validação dos projetos quanto para o controle de qualidade da execução.

Enquanto os ensaios estáticos fornecem uma representação direta da relação carga–deslocamento, os ensaios dinâmicos viabilizam a verificação da integridade e a estimativa de carga. Assim, a escolha adequada da metodologia contribui de forma decisiva para assegurar a segurança, o desempenho e a durabilidade das obras de engenharia.

Características e diferenciais dos ensaios Geoteste

Seguro

Permite a verificação da curva de carga x deformação para a carga de projeto.

Ágil

Metodologias otimizadas que garantem agilidade técnica para o seu cronograma.

Confiável

Com os resultados é possível assegurar a segurança da fundação do empreendimento.