A etapa de investigação da capacidade de carga e controle de qualidade é um pilar determinante para a segurança e a viabilidade econômica de qualquer empreendimento de engenharia civil.
Nesse contexto, os ensaios geotécnicos aplicados às fundações atuam como instrumentos para validar o desempenho dos elementos estruturais in loco.
Mais do que uma simples conferência, esses ensaios permitem confrontar as premissas estabelecidas durante a fase de dimensionamento com a resposta real do sistema fundação-solo, garantindo o atendimento rigoroso às especificações de projeto.
Essas verificações fornecem parâmetros precisos sobre a capacidade de carga e o comportamento deformacional das estacas quando recebem os esforços de serviço.
A interpretação desses dados é fundamental para mitigar riscos de recalques excessivos ou falhas estruturais.
De acordo com a natureza da solicitação e os objetivos da análise, os métodos de avaliação se dividem em duas categorias principais: ensaios estáticos e ensaios dinâmicos.
Os ensaios estáticos determinam a capacidade de carga das fundações através da aplicação de cargas conhecidas de forma crescente e em estágios de tempo iguais.
Simultaneamente, a equipe registra os deslocamentos correspondentes, que são monitorados até alcançar a carga máxima programada. Em seguida executa-se o descarregamento.
Já 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, permitindo a avaliação da capacidade de carga e da integridade da estaca.
1- Ensaios Estáticos
Prova de Carga Estática (PCE)
A Prova de Carga Estática (PCE) consolidou-se como o método mais confiável para determinar a capacidade de suporte e o comportamento tensão-deformação de uma fundação. Seu objetivo central é estabelecer a correlação entre a carga aplicada e o deslocamento vertical (recalque) do elemento, permitindo a construção da curva carga-recalque.
O ensaio é realizado através da aplicação de cargas conhecidas e crescentes sobre o topo da estaca. A força é gerada por macacos hidráulicos e absorvida por um sistema de reação que pode ser feito através de tirantes nos elementos próximos, ou por um sistema de reação helicoidal.
Figura 1 – Realização do ensaio de PCE
A equipe aplica a carga em estágios, com intervalos de tempo definidos pela norma NBR 16903/2020.
A equipe monitora esses intervalos até que seja atingida a carga máxima programada — que tipicamente corresponde a duas vezes a carga de trabalho prevista em projeto — ou até a caracterização da ruptura geotécnica e perda do atrito lateral do elemento.
Simultaneamente, a equipe registra os deslocamentos (recalques). Em seguida, executa-se o descarregamento da estaca.
O principal produto da PCE é o gráfico carga versus deslocamento, uma ferramenta analítica onde a curva se constrói a partir da plotagem dos pontos estabilizados ao final de cada estágio.
A análise dessa curva desempenha papel fundamental, pois permite determinar a capacidade de carga última e prever como a estrutura se comportará sob as cargas reais de serviço.
Figura 2 – Gráfico Carga x Deslocamento
Este gráfico é a representação da resposta da fundação e do solo ao carregamento. A curva descendente serve como parâmetro para visualização e entendimento dos resultados, facilitando a comparação entre diferentes resultados. A curva superior representa o carregamento, e a inferior, 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 suporte superficial do solo, o coeficiente de reação vertical e a estimativa de recalques para fundações diretas.
Nesta metodologia, aplica-se uma carga estática sobre uma placa de aço rígida, geralmente com diâmetros de 30 cm, 45 cm ou 80 cm, ou formatos quadrados equivalentes, posicionada diretamente sobre o solo a ser investigado.
O carregamento ocorre por meio de macacos hidráulicos. Para viabilizar a aplicação da força, é necessária uma estrutura de reação robusta; costuma-se utilizar o peso operacional de maquinários pesados, como escavadeiras hidráulicas, retroescavadeiras ou caminhões carregados, desde que a massa desses equipamentos exceda significativamente a carga máxima a ser atingida no ensaio, para evitar o levantamento do sistema.
O principal resultado consiste no gráfico da relação entre carga aplicada e deslocamento vertical da placa, expresso por meio da curva carga versus deslocamento, de forma análoga ao ensaio de Prova de Carga Estática (PCE).
Figura 3 – Realização de um Ensaio de Placa
2- Ensaios Dinâmicos
Ensaio de Integridade de Estacas (PIT) – Baixa Deformação
O PIT (Pile Integrity Test) destina-se à verificação da integridade estrutural das estacas e consiste em um ensaio não destrutivo.
Por ser um método rápido, prático e de fácil execução, o PIT permite a avaliação de muitas estacas em um curto intervalo de tempo, agregando uma vantagem para verificar a integridade quando comparado a ensaios dinâmicos mais complexos.
Figura 4 – Realização de um ensaio PIT
O ensaio consiste na aplicação de um golpe de baixa energia no topo da estaca, geralmente com o auxílio de um martelo manual.
Um acelerômetro fixa-se na cabeça da estaca para registrar a propagação da onda de tensão gerada pelo impacto.
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.
Figura 5 – Resultados do ensaio PIT
O resultado do ensaio apresenta-se na forma de um gráfico de velocidade em função da profundidade, cuja interpretação permite identificar possíveis anomalias.
Reflexões positivas indicam reduções de seção, e reflexões negativas associam-se a aumentos de seção, que nem sempre representam problemas estruturais.
Embora o PIT não forneça diretamente a capacidade de carga da estaca, ele se consolida como ferramenta amplamente utilizada para o controle de qualidade e a verificação da integridade em massa.
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 e da integridade da estaca.
Este procedimento funciona como uma 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.
O PDA ocorre por meio da aplicação de um ciclo de golpes sucessivos na cabeça da estaca, gerando uma força de impacto que permite medir a interação entre o elemento de fundação e o solo. Esses golpes são interrompidos quando ocorre a ruptura do bloco ou quando se atinge duas vezes o valor da carga do elemento.
Figura 6 – Execução de Ensaios de Carregamento Dinâmico
Durante a execução do ensaio, sensores de deformação e acelerômetros fixam-se na estaca para registrar os valores de força e velocidade associados à propagação das ondas de tensão.
A partir desses registros, obtêm-se informações como o comprimento total e o comprimento cravado da estaca, a resistência à penetração durante o ensaio, os valores de força de compressão e deslocamento, além de propriedades dinâmicas do material, como módulo de elasticidade, densidade e velocidade de propagação das ondas.
A interpretação dos dados ocorre com base na Teoria da Análise de Ondas, por meio do método numérico CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program).
Essa análise permite estimar a capacidade de carga estática equivalente da estaca, além de decompor a resistência total em componentes de resistência de ponta e de atrito lateral.
Além disso, a análise das ondas fornece dados para a verificação da integridade estrutural da estaca ao longo de seu comprimento.
Figura 7 – Resultados do ensaio PDA
Ensaios Geotécnicos
Os ensaios geotécnicos aplicados às fundações desempenham papel fundamental na verificação do desempenho estrutural e na redução dos riscos associados ao comportamento do solo e das estacas.
A aplicação de ensaios estáticos e dinâmicos possibilita avaliar a capacidade de carga, a integridade estrutural e o comportamento dos recalques dos sistemas de fundação, fornecendo subsídios técnicos tanto para a validação dos projetos quanto para o controle de qualidade da execução.
Enquanto os ensaios estáticos, como a Prova de Carga Estática e o Ensaio de Placa, fornecem uma representação direta da relação carga–deslocamento, permitindo analisar o comportamento deformacional da fundação, os ensaios dinâmicos, como o PIT e o PDA, viabilizam verificar a integridade das estacas e, no caso do PDA, também estimar a capacidade de carga.
Assim, a escolha adequada da metodologia, aliada à correta interpretação dos resultados, contribui de forma decisiva para assegurar a segurança, o desempenho e a durabilidade das obras de engenharia.
Referências Bibliográficas:
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 6122:2019 — Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT. (Norma Brasileira).
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 13208:2007 — Estacas — Ensaios de carregamento dinâmico. Rio de Janeiro: ABNT. (Norma Brasileira).
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 6489:2019 — Solo — Prova de carga direta sobre terreno de fundação — Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT. (Norma Brasileira).
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 16903:2020 — Solo — Solo — Prova de carga estática em fundação profunda. Rio de Janeiro: ABNT. (Norma Brasileira).
CINTRA, J. C. A.; AOKI, N.; TSUCHIYA, T.; GIACHETI, H. L. Ensaios estáticos e dinâmicos de fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2013.