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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura

e Urbanismo

Prova de carga em estruturas de concreto

Clayton Reis de Oliveira

Campinas

2006

i

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura

e Urbanismo

Prova de carga em estruturas de concreto

Clayton Reis de Oliveira

Orientador: Prof. Dr. Armando Lopes Moreno Junior

Dissertação apresentada à Comissão de pós-graduação da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil na área de concentração de Estruturas.

Campinas, SP

2006

ii

FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP

OL41p

Oliveira, Clayton Reis de Prova de carga em estruturas de concreto. / Clayton Reis de Oliveira.--Campinas, SP: [s.n.], 2006. Orientador: Armando Lopes Moreno Junior Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. 1. Engenharia de estruturas. 2. Concreto. 3. Estabilidade estrutural. 4. Edificações. I. Moreno Junior, Armando Lopes. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título.

Titulo em Inglês: Load proof in concrete structurals Palavras-chave em Inglês: Structural evaluation, Load test, Structures, Concrete Área de concentração: Estruturas Titulação: Mestre em Engenharia Civil Banca examinadora: Maria Cecília Amorim Teixeira da Silva e Turíbio José da Silva Data da defesa: 25/08/2006 Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil

v

RESUMO

OLIVEIRA, C. R. Prova de carga em estruturas de concreto. 2006. 129p. Dissertação

de Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Universidade

Estadual de Campinas, Campinas.

Um dos testes mais eficientes para verificar a segurança de uma estrutura concluída é

uma prova de carga. Quando existem dúvidas quanto à estabilidade de uma estrutura,

devido a fatores, dentre outros, como qualidade dos materiais de construção, utilização

ou manutenção inadequada ou até mesmo uma nova utilização da edificação, diferente

daquela inicialmente prevista no projeto, uma prova de carga é recomendada. Este

trabalho visa apresentar os critérios mais importantes que devem ser considerados em

uma prova de carga. Avalia procedimentos das normas brasileira (NBR 9607-1986),

americana (ACI 318-2002), australiana (AS 3600-2001) e recomendações espanhola

(EHE-1998) e européia (Rilem TBS-2 –1984). Destaca aspectos como a

obrigatoriedade de uma prova de carga, intensidade do carregamento a ser aplicado,

análise dos resultados e critérios de aceitação estipulados pelas referidas normas e

recomendações.

Palavras-Chave: avaliação estrutural, prova de carga, estruturas, concreto.

vii

ABSTRACT

OLIVEIRA, C. R. Load proof in concrete structurals. 2006, 129p. Dissertação de

Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Universidade

Estadual de Campinas, Campinas.

One of the most efficient tests to verify the safety of a structure concluded is a load test.

When doubts exist about the stability of a structure, due to factors, among other, as

quality of the construction materials, use or inadequate maintenance or even a new use

of the construction, different from that initially foreseen in the project, a load test is

recommended. This work seeks to present the most important criteria that should be

considered in a load test. It evaluates procedures of the Brazilian Code (NBR 9607-

1986), American Code (ACI 318-2002), Australian Code (AS 3600-2001), Spanish

Recommendations (EHE-1998) and European Recommendations (Rilem TBS-2 -1984).

Aspects as the compulsory nature of a load test, intensity of the applied load, analysis of

the results and acceptance criteria stipulated by the referred codes and

recommendations are considered.

Keywords: structural evaluation, load test, structures, concrete.

ix

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a todos aqueles que

acreditaram em mim, mesmo em meio a

grandes lutas, sabiam que mais uma etapa da

vida iria ser concretizada.

Em especial, esta a quem muito amo e que

tem sido minha grande companheira nos

momentos de alegria e tristeza, minha amada

e querida esposa Luciana.

xi

AGRADECIMENTOS

A Deus, que é poderoso para fazer infinitamente mais do que tudo quanto pedimos ou

pensamos, conforme o seu poder que opera em nós.

Aos meus pais Sebastião e Julieta, pelo apoio e incentivo e pelo caráter que formaram

em mim.

Aos meus irmãos Elza, Messias e Ronaldo, que muito contribuíram em momentos

difíceis da vida.

Ao meu orientador Prof. Dr. Armando Lopes Moreno Júnior, pela orientação,

ensinamentos e profissionalismo durante toda a etapa do trabalho.

Aos amigos Rev. Anderson Godói, Carlos César, Marcos Funchal, Elias, Edwuin, Paulo

Sérgio Bardella, Douglas, Joander, Fábio, Edson Gusmões e Adson, que muito me

ajudaram nesta longa jornada.

Aos funcionários da Secretaria de pós-graduação da Faculdade de Engenharia Civil,

Arquitetura e Urbanismo (FEC), pela grande ajuda em muitos momentos dessa

caminhada.

Aos funcionários da Biblioteca da Área de Engenharia (BAE) pelo auxílio e pela boa

disposição em oferecer ajuda.

Aos professores Gilberto Miranda de Lima e Manoel Reginaldo Ferreira, pela

oportunidade e confiança em mim depositadas.

Ao professor Toshiaki Takeya, pelas valiosas informações.

xiii

“Lança o teu pão sobre as águas, porque depois de muitos dias o acharás”.

(Eclesiastes 11.1)

xv

SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS................................................................................................xxv

LISTA DE TABELAS.............................................................................................xxxv

CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS......................................................1

CAPÍTULO 2 – OBJETIVOS.....................................................................................7

2.1 OBJETIVO GERAL.................................................................................................7

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................7

2.3 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO..................................................................................7

CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS.................................9

3.1 HISTÓRICO DOS TESTES DE CARREGAMENTO...............................................9

3.2 A IMPORTÂNCIA DE UMA PROVA DE CARGA................................................18

3.3 CLASSIFICAÇÃO DAS PROVAS DE CARGA....................................................19

3.4 FINALIDADE DE UMA PROVA DE CARGA........................................................20

3.4.1 Verificação do Comportamento Global de Edifícios..............................21

3.4.2 Verificação do Comportamento Estático de Pontes e Viadutos...........22

3.4.3 Verificação do Comportamento Dinâmico da Estrutura........................23

3.4.4 Verificação da Resistência de Estruturas sob novos Carregamentos.24

3.4.5 Aceitação de Estruturas Especiais..........................................................25

3.4.6 Para Fins de Pesquisa...............................................................................27

xvii

CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA...............................................29

4.1 MATERIAIS DE ALTA DENSIDADE....................................................................30

4.2 ÁGUA....................................................................................................................31

4.3 MACACOS HIDRÁULICOS..................................................................................33

4.4 USO DE VÁRIOS TIPOS DE CARREGAMENTOS..............................................34

CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO...................................................................37

5.1 EXTENSÔMETROS..............................................................................................38

5.1.1 Extensômetro Mecânico...........................................................................39

5.1.2 Extensômetro Elétrico...............................................................................41

5.1.3 Extensômetro de Fibra Ótica....................................................................43

5.2 TRANSDUTOR INDUTIVO DE DESLOCAMENTO..............................................46

5.3 DEFLETÔMETRO.................................................................................................48

5.4 CLINÔMETRO......................................................................................................50

5.5 INSTRUMENTOS DE TOPOGRAFIA...................................................................51

5.5.1 Estações Totais..........................................................................................51

5.5.2 Níveis Digitais............................................................................................52

CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE ...................................................55

6.1 FATORES QUE CAUSAM INFLUÊNCIAS DURANTE UM TESTE DE CARGA.55

6.2 TESTES EM ESTRUTURAS DETERIORADAS...................................................57

6.3 AVALIAÇÃO PRÉVIA À REALIZAÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA.............58

6.4 PÓS-MONITORAMENTO EM ESTRUTURAS TESTADAS.................................60

CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS......................................................61

7.1 GENERALIDADES...............................................................................................61

xix

7.2 RECOMENDAÇÃO PARA A EXECUÇÃO DE UM ENSAIO DE PROVA DE

CARGA.......................................................................................................................62

7.2.1 Recomendação segundo a NBR 9607 (1986)..........................................62

7.2.2 Recomendação segundo o ACI - 318 (2002)...........................................62

7.2.3 Recomendação segundo a Rilem TBS-2 (1984)......................................63

7.2.4 Recomendação segundo a AS 3600 (2001).............................................63

7.2.5 Recomendação segundo a EHE (1998)....................................................64

7.2.5.1 As provas de carga regulamentares..............................................64

7.2.5.2 As provas de carga como informações complementares..............64

7.2.5.3 As provas de carga para avaliar a capacidade resistente.............64

7.3 INTENSIDADE DO CARREGAMENTO DE PROVA............................................65

7.3.1 Intensidade de carga segundo a NBR 9607 (1986).................................65

7.3.2 Intensidade de carga segundo o ACI-318 (2002)....................................67

7.3.3 Intensidade de carga segundo a Rilem TBS-2 (1984)............................67

7.3.3.1 Intensidade da carga para verificação das condições de

serviço......................................................................................................67

7.3.3.2 Intensidade da carga para definir o máximo carregamento de

serviço......................................................................................................68

7.3.3.3 Intensidade da carga para definir a resistência última...................68

7.3.4 Intensidade de carga segundo a AS 3600 (2001)..........................................68

7.3.5 Intensidade de carga segundo a EHE (1998)................................................68

7.4 FORMA DE APLICAÇÃO DO CARREGAMENTO..................................................69

7.4.1 Aplicação do Carregamento segundo a NBR 9607 (1986).....................69

xxi

7.4.2 Aplicação do Carregamento segundo o ACI-318 (2002)........................70

7.4.3 Aplicação do Carregamento segundo a Rilem TBS-2 (1984)................70

7.4.4 Aplicação do Carregamento segundo a AS 3600 (2001)........................71

7.4.5 Aplicação do Carregamento segundo a EHE (1998)..............................71

7.5 CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO...................................................................................71

7.5.1 Aceitação segundo a NBR 9607 (1986)....................................................72

7.5.2 Aceitação segundo o ACI-318 (2002).......................................................72

7.5.3 Aceitação segundo a Rilem TBS-2 (1984)...............................................74

7.5.3.1 Critérios de aceitação conhecendo a capacidade de resposta da

estrutura.....................................................................................................75

7.5.3.2 Critérios de aceitação desconhecendo a capacidade de resposta

da estrutura................................................................................................77

7.5.4 Aceitação segundo a AS 3600 (2001).......................................................77

7.5.4.1 Avaliação quanto à resistência......................................................77

7.5.4.2 Avaliação quanto ao deslocamento...............................................78

7.5.5 Aceitação segundo a EHE (1998).............................................................78

7.5.5.1 Aceitação para as provas de carga regulamentares e para as

provas de carga como informações complementares...............................78

7.5.5.2 Aceitação para as provas de carga para avaliar a capacidade

resistente...................................................................................................79

7.6 ANÁLISE COMPARATIVA DAS NORMAS.........................................................80

CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA....85

8.1 PLANEJAMENTO...............................................................................................85

8.2 TRABALHOS PRELIMINARES AO ENSAIO.....................................................86

xxiii

8.3 INSTRUMENTAÇÃO DA ESTRUTURA E TIPOS DE CARREGAMENTOS

UTILIZADOS..............................................................................................................89

8.4 EXECUÇÃO DO ENSAIO....................................................................................90

8.5 TÉRMINO DAS ATIVIDADES.............................................................................92

CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO.....................................................................95

9.1 PRIMEIRO ENSAIO.............................................................................................95

9.1.1 Considerações Preliminares....................................................................97

9.1.2 Fases da Prova de Carga..........................................................................98

9.1.3 Execução do Ensaio................................................................................101

9.1.4 Resultados e Conclusão.........................................................................103

9.2 SEGUNDO ENSAIO..........................................................................................106

9.2.1 Considerações Preliminares..................................................................106

9.2.2 Execução do Ensaio................................................................................108

9.1.3 Resultados e Conclusão.........................................................................112

9.3 AVALIAÇÃO DOS ENSAIOS COM BASE NAS NORMAS E

RECOMENDAÇÕES...............................................................................................118

9.3.1 Recomendação para uma Prova de Carga............................................118

9.3.2 Intensidade do Carregamento de Prova................................................118

9.3.3 Forma de Aplicação do Carregamento..................................................119

9.3.4 Critérios de Aceitação.............................................................................119

CAPÍTULO 10 – CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................121

CAPÍTULO 11 – PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS..............123

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................125

xxv

LISTA DE FIGURAS FIGURA 3.1 Ilustração do teste de carregamento em uma barra executado por

Leonardo Da Vinci. Fonte: Timoshenko (1953)............................................9

FIGURA 3.2 Ilustração do teste de tensões executado por Galileo. Fonte: Timoshenko

(1953).........................................................................................................10

FIGURA 3.3 Ilustração do teste de tensões em barras fletidas executado por Galileo.

Fonte: Timoshenko (1953).........................................................................11

FIGURA 3.4 Corte longitudinal esquemático da ponte Victor Konder. Esses (1993 apud

Palazzo 2002)...........................................................................................15

FIGURA 3.5 Rolos compressores utilizados como carga de prova na ponte Victor

Konder. Fonte: Esses (1993 apud Palazzo 2002).....................................15

FIGURA 3.6 Foto geral da ponte de Lindóia. Fonte: Esses (1993 apud Palazzo

2002)..........................................................................................................16

FIGURA 3.7 Rolos compressores utilizados como carga de prova na ponte de Lindóia.

Fonte: Esses (1993 apud Palazzo 2002)...................................................16

FIGURA 3.8 Carga máxima colocada no meio do vão, utilizando sacos de areia. Fonte:

Esses (1993 apud Palazzo 2002)..............................................................17

FIGURA 3.9 Descarregamento no meio do vão. Fonte: Esses (1993 apud Palazzo

2002)..........................................................................................................17

FIGURA 3.10 Posições dos veículos sobre o tabuleiro. FONTE: Félix et al. (2003).......23

xxvii

FIGURA 3.11 (A) Posições dos veículos sobre o tabuleiro (B) Ilustração do arranjo das

cargas. FONTE: Félix et al. (2003).............................................................23

FIGURA 3.12 Protótipo para ensaio. Fonte: Nóbrega (2004).........................................27

FIGURA 4.1 Caminhões utilizados como carregamento. Fonte: Casadei e Nanni

(2000).........................................................................................................29

FIGURA 4.2 Sacos de areia utilizados como carga do teste. Fonte: Cánovas (1988)....31

FIGURA 4.3 Agregados graúdos utilizados como carga do teste, em ensaio realizado na

Unicamp.....................................................................................................31

FIGURA 4.4 Água utilizada como carga do teste. Fonte: Rodrigues (2000)...................32

FIGURA 4.5 Macacos hidráulicos. Fonte: Mettemeyer e Nanni (1999)..........................33

FIGURA 4.6 Macacos hidráulicos instalados. Fonte: Mettemeyer e Nanni.....................34

FIGURA 5.1: Esquema de alavancas do extensômetro mecânico. Fonte: Adaptado de

Takeya (2003)............................................................................................40

FIGURA 5.2: Extensômetro mecânico analógico. Fonte: Byle et al. (1997)....................41

FIGURA 5.3: Extensômetros elétricos: (A) uniaxial; (B) biaxial; (C) triaxial. Fonte: www.vishay.com/brands/measurements_group/strain_gages/mmter.htm ...................................................................................................................42

FIGURA 5.4: Configuração básica da ponte de Wheatstone. Fonte: Almeida (1996)....43

FIGURA 5.5: Esquema de uma fibra ótica. Fonte: adaptado de Moerma et al. (2001)...44

xxix

FIGURA 5.6: Extensômetro de fibra ótica aplicado à superfície. Fonte: Moerma et al.

(2001).........................................................................................................45

FIGURA 5.7: Extensômetro de fibra ótica imerso na massa de concreto. Fonte:

adaptado de Moerma et al. (2001).............................................................45

FIGURA 5.8: Transdutor Indutivo de Deslocamento (LVDTs). Fonte: Mettemeyer e

Nanni (1999)...............................................................................................46

FIGURA 5.9: LVDTs montados em tripés de alumínio. Fonte: Mettemeyer e Nanni

(1999).........................................................................................................46

FIGURA 5.10: Sistema de engrenagens que compõe o defletômetro analógico. Fonte:

Takeya (2003)............................................................................................48

FIGURA 5.11: Defletômetro analógico. Fonte: Starret (2004).........................................49

FIGURA 5.12: Defletômetro digital. Fonte: Starret (2004) ..............................................49

FIGURA 5.13: Suporte do defletômetro. Fonte: Starret (2004).......................................50

FIGURA 5.14: Clinômetro. Fonte:

http://www.compuserv.com.br/lojavirtual/detalhe.asp?id=1000&cs=419516

...................................................................................................................50

FIGURA 5.15: Estação total............................................................................................51

FIGURA 5.16: Esquema de medições de uma estação total. Fonte: Nadal (2000 apud

Palazzo 2002)............................................................................................52

xxxi

FIGURA 5.17: Nível Digital..............................................................................................53

FIGURA 7.1: Abertura de fissuras...................................................................................74

FIGURA 7.2: Extensão das fissuras próximas aos apoios. ............................................75

FIGURA 8.1: Avaliação de uma estrutura de concreto armado......................................88

FIGURA 8.2 Fluxograma das atividades de controle de uma prova de carga. Fonte:

NBR 9607 (1986).......................................................................................93

FIGURA 9.1 Vistas dos pavimentos inferior e superior do painel de lajes a ser

analisado....................................................................................................95

FIGURA 9.2 Disposição, em planta, da estrutura do painel em análise ........................97

FIGURA 9.3 Região representativa do painel – região de carga ...................................98

FIGURA 9.4 (A) Instrumentação da laje 01 (deformação nas armaduras longitudinal e

transversal). (B) Instrumentação da viga V2 (deformação nas armaduras

longitudinais)..............................................................................................99

FIGURA 9.5 Instrumentação das armaduras do pilar central (recuperação após a

instrumentação)........................................................................................100

FIGURA 9.6 Instrumentação do pilar (recalque da fundação)......................................101

FIGURA 9.7 (A) Carregamento das lajes L01 e L02. (B) Movimentação das

empilhadeiras sobre o painel...................................................................102

xxxiii

FIGURA 9.8 Deformação na armadura.........................................................................104

Figura 9.9: (A) Vista em planta da ponte. (B) Corte transversal da ponte. (C) Corte

longitudinal da ponte. Fonte: Projeto executivo.......................................106

Figura 9.10: Lajes da ponte. Fonte: Projeto executivo..................................................107

Figura 9.11: Pilar de centragem. Fonte: Palazzo (2002)...............................................108

Figura 9.12. Alvos auto-adesivos. Fonte: Palazzo (2002).............................................109

Figura 9.13. Refletor instalado. Fonte: Palazzo (2002).................................................109

Figura 9.14: Posicionamento dos aparelhos e pontos de observados. Fonte: Palazzo

(2002).......................................................................................................110

Figura 9.15: Posições em que o caminhão parou sobre a ponte. Fonte: Palazzo

(2002).......................................................................................................111

Figura 9.16: Deslocamentos obtidos pela estação total. Fonte: Palazzo (2002)..........114



xxxv

LISTA DE TABELAS TABELA 3.1 Histórico dos testes de carregamento. Fonte: Hall e Tsai

(1989).........................................................................................................12

TABELA 7.1 Classificação das provas de carga. Fonte: NBR-9607 (1986)...................66

TABELA 7.2 Limites de deslocamentos verticais. Fonte: AS 3600 (2001).....................78

TABELA 9.1: Valores fornecidos pelo nível durante a prova de carga.........................113

TABELA 9.2: Valores de deslocamentos verticais relativos sem carga........................113

CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS

1


Desde sua criação na França, no século XIX, o concreto armado tem se

mostrado um excelente material de construção para os mais variados tipos de obras.

Sua eficiência é manifestada na segurança, conforto, versatilidade e nos custos das

obras em relação a outros materiais.

Além de ser utilizado individualmente, o concreto armado pode ser utilizado em

conjunto com outros materiais, o que também possibilita a execução de elementos

previamente moldados e depois inseridos nas estruturas. A união desses fatores faz

com que sistemas estruturais fundamentados em elementos de concreto armado sejam

os sistemas mais empregados no mundo, quando comparados a outros sistemas

estruturais.

O que se espera de uma estrutura em concreto armado, de acordo com Andrade

(1992), é que essa cumpra requisitos mínimos de segurança, funcionalidade e aspecto

estético que lhe sejam exigidos em função das ações e influências ambientais que

venham a atuar sobre a mesma durante sua vida útil.

Entretanto, o que se tem verificado na atualidade é que um número significativo

de estruturas em concreto armado tem sido vítimas de deteriorações em virtude de

determinados problemas patológicos. Esses problemas estão associados ao uso e/ou

ambiente em que estas estruturas estão inseridas.

Segundo Casadei et al (2003), um grande número de estruturas de concreto

armado nos EUA precisa de uma avaliação estrutural. Essas estruturas tiveram sua


2

utilização, inicialmente prevista em projeto, modificadas, com incrementos de

carregamento.

Em trabalho de Faber, Val e Stewart (2000), é dado uma alerta a respeito do

evidente envelhecimento de estruturas de pontes nos EUA, Europa, Canadá e

Austrália. Fato semelhante acontece em vários países.

No Brasil, conforme Palazzo (2003) a situação de estruturas como pontes

rodoviárias pode ser considerada idêntica a este quadro de depreciação. Uma

verificação de resistência é necessária, motivada por novos valores de carregamentos

impostos pelo aumento de tráfego e pela ausência de uma política de manutenção.

Rocha (1942), na década de quarenta, já citava o fenômeno do desenvolvimento

dos transportes rodoviários e ferroviários no Brasil, salientando o continuado aumento

de carga proveniente do tráfego e, por conseqüência, a necessária reforma ou

substituição precoce de estruturas, clamando pelo projeto e execução de obras mais

arrojadas.

Fatores dessa natureza também aconteciam com as edificações urbanas devido

à valorização imobiliária. Edifícios fabris passaram a ser adaptados a novas utilizações,

nem sempre com alívios de carregamentos.

A construção de novas estruturas é tarefa difícil, especialmente se levarmos em

consideração o grande volume de capital e tempo envolvidos. Entretanto, muitas

estruturas podem ser utilizadas sem implicações de segurança, mediante uma

avaliação estrutural. Nessa perspectiva, segundo Plewes e Schousboe (1967), duas

alternativas podem ser empregadas na avaliação de uma estrutura existente: o método

analítico ou o método experimental.

Ainda, conforme Plewes e Schousboe (1967), uma avaliação analítica abrange

análises teóricas de tensões na estrutura. Tal análise deve ser fundamentada em


3

inspeções dos detalhes dos elementos e sua união com a estrutura, verificando as

propriedades dos materiais, qualidade dos mesmos, condições de deterioração e

manutenção. Com base nessas informações, um modelo estrutural compatível com o

comportamento real da estrutura é criado e processado para a avaliação.

No Brasil, a norma NBR 6118 (2003) “Projeto de estruturas de concreto -

Procedimento” distingue cinco maneiras de análise estrutural através de avaliação

analítica: análise linear, análise linear com redistribuição, análise não-linear, análise

plástica e análise através de modelos físicos. Da mesma forma, esta norma admite que

para aceitação do projeto ou obra é suficiente mostrar a conformidade com a norma,

por apenas uma.

Já o método experimental consiste basicamente na aplicação direta de cargas na

estrutura ou em partes dela, para avaliação de seu comportamento sob carga, seja em

relação a situação última ou em serviço. No Brasil esse método é prescrito pela NBR

9607 (1986) “Concreto endurecido - prova de carga em estruturas de concreto armado

e protendido”.

Doebelin (1990) analisa os aspectos dos métodos analíticos e experimentais e

destaca suas principais características. Segundo o autor, os métodos analíticos exigem

aplicações de hipóteses matemáticas, onde o problema real é simulado através de

modelos. Nos dias atuais, os modernos computadores permitem um tratamento teórico

mais próximo da situação real, o que não se conseguia fazer no passado. Entretanto,

vale observar que seus resultados sempre estarão condicionados à similaridade de

comportamento do modelo com a situação real.

Em relação aos métodos experimentais, Doebelin (1990) salienta que os

mesmos revelam o comportamento real da estrutura sob carga. Todavia, o citado autor

alerta para os aspectos da precisão na condução do teste e obtenção de dados e

aferição dos equipamentos de medida.


4

Em relação às estruturas de concreto, Kaefer (2000) observa que, em geral, seu

comportamento é difícil de ser representado, pois são inúmeros os aspectos a serem

considerados, entre eles:

(a) o emprego de materiais (concreto e aço) com diagramas tensão-deformação não

lineares, com características físicas que variam conforme a idade do concreto

(fluência no caso de concreto e relaxação para os aços);

(b) o processo de construção artesanal, que pode inserir imperfeições na construção:

“bicheiras” devido a uma má vibração do concreto, falta de prumo em pilares,

cobrimentos insuficientes e concretos com características diferentes nos diversos

pontos da construção;

(c) o processo de construção incremental, que faz com que existam concretos com

diversas idades na construção, com características físicas diferentes, ocasionando

uma grande redistribuição de esforços pela estrutura (Ishitani, 1998, apud Kaefer

2000);

(d) a interação entre o solo e a estrutura;

(e) os esforços do vento;

(f) as exigências quanto à durabilidade da estrutura (abertura de fissuras);

(g) a grande quantidade de elementos básicos (a saber: vigas, lajes, pilares); e

(h) a presença constante de elementos complementares (escadas, caixa d’água) e de

fundação (blocos, estacas, cortinas, etc.).

Nesta perspectiva, Rocha et al. (1999), observam que a análise do

comportamento estrutural de um edifício, que apresenta certas patologias e, ainda,

possui certa idade, pode ser dificultada quando não há nenhuma informação

documental, como memorial de cálculo ou plantas executivas da estrutura e fundação.

Este conceito se aplica não somente a edifícios, mas pode ser estendido a qualquer

estrutura de concreto armado.

Desta forma, deve ser observado que o julgamento da real capacidade resistente

de estruturas, de forma a orientar prováveis reforços (quando necessários), não pode

ser exclusivamente assentado em procedimentos analíticos. O teste de carregamento


5

direto nestas estruturas é o meio aconselhado para resolver o problema, pois ao

colocarmos as estruturas nas condições para as quais foram projetadas, estaremos em

condição de observar o seu real comportamento.

CAPÍTULO 2 – OBJETIVOS

7

CCAAPPÍÍTTUULLOO 22 –– OOBBJJEETTIIVVOOSS

2.1 OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem como objetivo contribuir ao estudo da avaliação experimental

de estruturas de concreto armado através do ensaio de prova de carga estática. É um

trabalho descritivo que mostra a evolução histórica dos testes de carga em estruturas,

as definições acerca do ensaio e os procedimentos de execução de um teste desta

natureza.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Descrever sobre testes de carga em estruturas e elementos estruturais de

concreto armado.

Definir parâmetros envolvidos em um ensaio de prova de carga estática, como

carregamentos e instrumentação.

Analisar especificações referentes a ensaios de provas de carga estática

contidas em documentos normativos nacionais e internacionais.

Descrever a execução de um ensaio de prova de carga estática.

2.3 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO

Este trabalho é constituído de 11 capítulos, que estão divididos da seguinte

maneira:

Capítulo 1 – Considerações iniciais: contextualiza o tema.

CAPÍTULO 2 – OBJETIVOS

8

Capítulo 2 – Objetivos: descreve os objetivos da pesquisa.

Capítulo 3 – Prova de carga em estruturas: descreve um histórico dos testes

de carga em elementos estruturais e estruturas, abordando definições e classificações

do ensaio.

Capítulo 4 – Carregamento de prova: aborda definições e maneiras de gerar a

carga na estrutura ou elemento estrutural ensaiado.

Capítulo 5 – Instrumentação: apresenta alguns instrumentos frequentemente

utilizados nos ensaios.

Capítulo 6 – Critérios de controle: adverte sobre os critérios de segurança

durante uma prova de carga.

Capítulo 7 – Aspectos normativos: descreve acerca de especificações sobre

provas de carga fundamentadas nas normas, brasileira, americana, australiana e

recomendações espanhola e européia. Analisa comparativamente estes documentos.

Capítulo 8 – Execução de uma prova de carga estática: descreve a

metodologia a ser desenvolvida na execução de uma prova de carga estática.

Capítulo 9 – Estudo de caso: apresenta a execução de dois ensaios de prova

de carga.

Capítulo 10 – Considerações finais: encerra o trabalho.

Capítulo 11 – Propostas para trabalhos futuros: apresenta propostas para

desenvolvimento de novos trabalhos.

CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS

9

CCAAPPÍÍTTUULLOO 33 –– PPRROOVVAA DDEE CCAARRGGAA EEMM EESSTTRRUUTTUURRAASS

3.1 HISTÓRICO DOS TESTES DE CARREGAMENTO

Os egípcios ergueram suas grandes obras há milhares de anos. Entretanto, não

há registros documentais dos critérios de avaliação dos materiais e das estruturas

usados por eles.

De acordo com Timoshenko (1953), foi Leonardo da Vinci, no século XV, o

primeiro a documentar testes de carregamento com a finalidade de avaliar o

comportamento estrutural dos materiais. Em uma de suas notas, intitulada “Testando a

resistência de barras de ferro de vários comprimentos”, Da Vinci descreve o teste de

carregamento ilustrado na figura 3.1, e faz a seguinte observação: “O objetivo deste

teste é encontrar a carga que uma barra de ferro pode suportar”. O teste deveria ser

feito variando o comprimento da barra e o peso dos cestos de areia e quando as barras

fossem rompidas deveriam ser anotados seus comprimentos e o peso nos cestos.

FIGURA 3.1 Ilustração do teste de carregamento em uma barra executado por Leonardo da Vinci.

FONTE: Timoshenko (1953)


10

Posteriormente Galileo Galilei (1564 - 1642), considerado o introdutor do método

empírico nas ciências, também realizou testes de carregamentos em estruturas,

submetendo determinadas estruturas a certos tipos de carregamentos com o objetivo

de estudar as tensões atuantes.

De acordo com Timoshenko (1953), todo trabalho de Galileo em mecânica dos

materiais está incluído nos dois primeiros diálogos de seu livro “Two New Sciences”. Ao

observar estruturas e considerar a resistência dos materiais de que são feitas, ele

concluiu empiricamente que a resistência de uma barra é proporcional à sua área de

seção transversal e é independente do comprimento. Da mesma forma, nesta

publicação, Galileo observa que “se fizermos estruturas geometricamente similares,

com o incremento de comprimento elas ficam cada vez menos resistentes”.

Na ilustração da figura 3.2 a seguir, Galileo estabelece que “um pequeno

obelisco ou coluna ou ainda um fio sólido qualquer pode certamente ser suspenso sem

perigo de quebrar, enquanto outras estruturas muito grandes se farão em pedaços sob

a mínima solicitação, puramente com uma parcela do seu próprio peso”.

FIGURA 3.2 Ilustração do teste de tensões executado por Galileo



11

Também podem ser encontrados nos trabalhos de Galileo, os primeiros estudos

sobre a distribuição de tensões em barras fletidas, como mostrado na figura 3.3,

seguinte.

FIGURA 3.3 Ilustração do teste de tensões em barras fletidas executado por Galileo.


Já no século XIX, com a revolução industrial, a parametrização de processos

tornou-se prática necessária, como forma, dentre outros requisitos, de garantia de

qualidade. Alguns materiais começam a ter procedimentos-padrão para avaliação de

propriedades mecânicas de interesse.

Com o passar dos anos, adentrando no século XX, e com o crescimento

populacional, procedimentos de dimensionamento passam a ser padronizados e

regulamentados, surgindo as Normas de Dimensionamento. No caso de elementos

estruturais, pesquisadores de todo o mundo, com destaque para Leonhardt na

Alemanha, executam grande série de testes de carregamento em elementos estruturais

com o objetivo de estabelecer procedimentos de dimensionamento.


12

A tabela a seguir, extraída de Hall e Tsai (1989), descreve brevemente um

histórico dos testes de carregamentos desde os tempos antigos até os tempos atuais,

dando ênfase à prática de engenharia empregada e à correlação dos testes de carga

com os resultados previstos de acordo com procedimentos analíticos de

dimensionamento.

TABELA 3.1 Histórico de testes de carregamento.

Período

Prática de engenharia

empregada

Teste de carregamento versus

cálculos

Antigüidade

Uma arte passada através de

experiência de construção para

construção

Intuição, erros e acertos.

Testes de carregamento e

procedimentos de

dimensionamento quase

inexistentes.

Renascimento

Primeiras tentativas de

padronização de testes e

procedimentos de

dimensionamento (compressão,

tração, flexão)

Testes de carregamento utilizados

para calibrar modelos teóricos de

resistência.

Século XIX

Manuais que davam pequenas

informações sobre a resistência

dos materiais (elevados

coeficientes de incerteza)

Torna-se usual o emprego de

procedimentos padrão para testes

de carregamento, principalmente

destinados à caracterização de

materiais.

Procedimentos de

dimensionamento pouco

desenvolvidos.

Início do século XX

Primeiros equipamentos de

ensaios para caracterização de

materiais (Irmãos Wright e indústria

Automobilística)

Primeiros códigos de normalização

(ASTM).

Grande incremento na utilização de

testes de carregamento em

elementos estruturais e estruturas.

Grande desenvolvimento de

procedimentos analíticos de

dimensionamento.

Tempos atuais

Uma ciência baseada em

normalizações de comportamento

resistente de materiais e

procedimentos de

dimensionamento.

Estruturas tipicamente projetadas

mediante procedimentos analíticos

padronizados.

Testes de carregamento

especificados e padronizados.

FONTE: Hall e Tsai (1989)


13

No passado, os testes de carregamentos em elementos estruturais isolados

tiveram uma importância maior que nos dias de hoje, pois o desenvolvimento dos

modelos matemáticos sobre comportamento e resistência dos materiais se deu

fundamentado nos trabalhos empíricos.

No caso de testes de carga em estruturas a situação é mais complexa e, quando

comparado aos testes feitos em elementos estruturais isolados, o número de testes

executados é infinitamente inferior. Quando estes testes são realizados em uma

estrutura ou até em partes isoladas dela, são comumente chamados de prova de carga.

De acordo com a NBR 9607 (1986), prova de carga é definida como sendo um

conjunto de atividades destinadas a analisar o desempenho de uma estrutura através

da medição e controle de efeitos causados pela aplicação de ações externas de

intensidade e natureza previamente estabelecidas.

Para designar uma prova de carga, é comum encontrarmos na literatura técnica

os seguintes termos: teste de carregamento, teste de carga, ensaio de carga, ensaio de

prova de carga e ensaio de carregamento. Desta forma, ao longo deste trabalho, esses

termos serão empregados.

Ao longo dos anos vários pesquisadores submeteram estruturas a certos tipos de

carregamentos, mas foi devido à demanda do desenvolvimento tecnológico e da

necessidade de adaptar as antigas construções aos novos tempos que as provas de

carga ganharam um importante significado.

De acordo com Rocha (1942), com o rápido desenvolvimento industrial e com a

necessidade crescente de se movimentarem grandes massas de mercadoria (com os

conseqüentes aumentos de velocidade das estradas de ferro e do peso por eixo das

locomotivas) surgiu o dilema entre reforçar ou substituir grandes estruturas de

construção recente.


(1) Mais informações podem ser encontradas no Boletim nº. 22 do IPT, intitulado “Exame de duas pontes rodoviárias: Ponte Victor Konder: Ponte de Lindóia / Telêmaco van Langendonck” do ano de 1939 e de autoria do Profº. Telêmaco.

14

Os raciocínios assentados em considerações exclusivamente teóricas

mostraram-se insuficientes, tanto para julgar a capacidade resistente de tais estruturas,

como para orientar o seu reforço quando necessário. Dessa forma a prova de carga foi

o único meio aconselhado para resolver o problema.

Ainda, conforme Rocha (1942), no séc. XVIII, o grande engenheiro francês

Rabut, disseminador das provas de carga sobre obras já concluídas, possibilitou ao seu

país evitar enormes despesas com o reforço de ferrovias, ao pôr em evidência, através

de seus ensaios, as largas margens de segurança das estruturas em serviço.

As técnicas de engenharia foram se desenvolvendo e os ensaios começaram a

ser executados em muitas estruturas em diversas partes do mundo. Conforme

Fitzsimons e Longinow (1975), em uma sucinta busca na literatura é possível encontrar

uma grande quantidade de provas de carga executadas em muitas lajes de concreto

armado nas primeiras décadas do século XX. Por outro lado, a adoção de testes em

pontes de vias férreas aparece como prática comum no início da metade do século XIX.

Ainda, de acordo com Fitzsimons e Longinow (1975), os primeiros testes em

grande escala nos E.U.A foram executados nos edifícios: Deere & Webber Building e

Powers Building em Minneapolis (1910), Franks Building em Chicago (1911), e no Barr

Building em St. Louis (1911); sendo o primeiro teste de longa duração feito no Schwinn

Building em Chicago, no período de 1914 a 1915.

No Brasil, as primeiras provas de carga em estruturas foram realizadas na

década de 30 e foram de responsabilidade do Profº. Telêmaco Hippolyto van

Langendonk (1). Os ensaios foram executados em duas pontes rodoviárias. Um foi

realizado na ponte Victor Konder, como mostram as figuras 3.4 e 3.5, e o outro

realizado na ponte Lindóia, como mostrado nas figuras 3.6 a 3.9.


15

FIGURA 3.4 Corte longitudinal esquemático da ponte Victor Konder.

FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)

FIGURA 3.5 Rolos compressores utilizados como carga de prova na ponte Victor Konder.



16

FIGURA 3.6 Foto geral da ponte de Lindóia.


FIGURA 3.7 Rolos compressores utilizados como carga de prova na ponte de Lindóia.



17

FIGURA 3.8. Carga máxima colocada no meio do vão, utilizando sacos de areia.


FIGURA 3.9 Descarregamento do meio do vão.



18

Na ponte Victor Konder o objetivo do teste foi analisar o comportamento da ponte

sob o novo trem-tipo adotado pelo DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E

RODAGENS (DNER) e a influência do tabuleiro sobre o arco. Na ponte Lindóia, o

objetivo foi estudar a rigidez das articulações.

Desde os primeiros testes em elementos estruturais isolados, até os modernos

ensaios de prova de carga em estruturas, o processo passou por um grande

desenvolvimento tecnológico. De acordo com Hall e Tsai (1989) o sucesso dos testes

de carregamento na atualidade é acompanhado por um avanço nas técnicas de análise

estrutural e de instrumentação.

3.2 A IMPORTÂNCIA DE UMA PROVA DE CARGA

Gonçalves et al. (1993) observam que as provas de carga constituem um

importante método de avaliação estrutural em pontes, permitindo aos projetistas obter

desde informações gerais sobre a envoltória de esforços até informações localizadas

sobre o comportamento de um nó ou de um elemento isolado.

Nesta perspectiva, a recomendação espanhola EHE (1998) “Instrucción de

Hormigón Estructural”, observa que as provas de carga são instrumentos válidos de

efetivo estabelecimento de parâmetros de dimensionamento de estruturas, tais como,

distribuição de carregamentos, rotações de apoio e deslocamentos verticais máximos,

visão esta, atualmente incorporada em recentes códigos normativos nacionais.

Durante um ensaio de prova de carga, a estrutura pode estar submetida a um

carregamento próximo ou igual ao de serviço (dependendo do caso). Com isso o teste

permite analisar o comportamento estrutural em condições reais de utilização.


19

De acordo com Raina (1996), uma prova de carga só pode ser justificada onde o

efeito dos danos e/ou da deterioração na capacidade de carga não pode ser

determinado somente por avaliação analítica.

Um teste de carregamento em um elemento estrutural em grande escala, ou na

estrutura completa, pode ser uma operação cara e consumir muito tempo. Desta forma,

é adotado, geralmente, depois que outras hipóteses baseadas em cálculos analíticos,

exames e testes localizados dos materiais, apresentem um indicativo de falhas que

possam comprometer a segurança da estrutura durante sua utilização normal.

3.3 CLASSIFICAÇÕES DAS PROVAS DE CARGA

Existem dois tipos de prova de carga: a prova de carga estática, que consiste na

observação estática da estrutura mediante a aplicação de um carregamento, sendo

esse, estático ou móvel e a prova de carga dinâmica, que consiste na oscilação da

estrutura e observação de seu comportamento quando vibrada e também na análise de

estruturas, quando sobre elas trafegam altas massas animadas de velocidade. O

escopo deste trabalho se limitará à prova de carga estática.

Um ensaio de prova de carga de acordo com Fitzsimons e Longinow (1975) pode

ser classificado como destrutivo ou não destrutivo. O ensaio destrutivo é empregado

quando o objetivo é avaliar o comportamento da estrutura até a ruína, em situação

última de carregamento. No ensaio não destrutivo, a estrutura, ou elemento estrutural, é

carregado a níveis de serviço, sem atingir à ruptura, permitindo, nesse caso, que a

estrutura possa ser colocada novamente em utilização, caso os resultados sejam

aceitáveis.

Fujino e Lind (1977) classificam as provas de carga em duas categorias: o teste

estrutural ativo e o passivo. Quando o ensaio é utilizado como uma ferramenta em

processos de projeto (nos casos em que são exigidos testes de resistência em

determinados materiais) é chamado de ativo. Quando o ensaio é feito em uma estrutura


20

existente, com o objetivo de analisar sua resistência, devido a modificações de suas

condições de utilização, é chamado de passivo.

Takeya (2003) observa que quanto à execução, os ensaios de modelos

construídos especialmente para estudos, no tamanho natural ou em escala reduzida,

são normalmente realizados por laboratórios por iniciativa dos institutos de pesquisas.

Já os ensaios de estruturas em serviço, são realizados no próprio local da obra.

3.4 FINALIDADE DE UMA DE PROVA DE CARGA

As estruturas de concreto armado, durante sua vida útil, estão sujeitas às mais

variadas situações que podem comprometer sua segurança, tais como: incêndios,

abalos sísmicos, abandono, desconhecimento do projeto para o uso previsto, ambientes

agressivos, etc. Frequentemente, se torna oportuno uma avaliação da segurança

estrutural.

Um dos testes mais eficientes para verificar a segurança de uma estrutura já

concluída é uma prova de carga. Quando existem dúvidas quanto à estabilidade de

uma estrutura, idoneidade dos materiais de construção, má utilização ou uma nova

utilização da estrutura, é recomendado um ensaio de prova de carga.

Existem algumas situações em que estruturas como pontes ou viadutos podem

estar submetidas a carregamentos superiores aos de projeto. Nessas situações é

indispensável a realização de uma prova de carga.

Plewes e Schousboe (1967) destacam ainda outras situações peculiares em que

um ensaio de prova de carga deve ser executado, a saber:

(a) – quando os elementos estruturais e os materiais não estão bem

caracterizados;


21

(b) – nos casos de deficiências nos elementos estruturais, nos materiais ou na

construção como um todo; e

(c) – quando a complexidade da concepção do projeto e a falta de experiência

com determinados tipos de estruturas, torna impraticável uma avaliação

analítica.

Além das circunstâncias mencionadas, existem situações em que estruturas

especiais devem ser ensaiadas como critérios de aceitação. É o caso de testes de

aceitação de estruturas como, algumas pontes e viadutos.

De maneira geral, um ensaio de prova de carga é direcionado a atender as

seguintes finalidades: verificação do comportamento global de edifícios, verificação do

comportamento estático de pontes e viadutos, verificação do comportamento dinâmico,

verificação da resistência de estruturas sob novos carregamentos, aceitação de

estruturas especiais e para fins de pesquisas.

3.4.1 Verificação do Comportamento Global de Edifícios

Uma prova de carga em um edifício envolve a aplicação física de carregamento

na sua estrutura ou em partes dela, e permite uma análise da resposta da estrutura sob

a influência das cargas e a interpretação dos resultados. Proporciona também diretrizes

a futuras intervenções em termos de manutenção.

O ensaio consiste basicamente em dispor sobre a estrutura ou elemento

ensaiado, um carregamento incremental, até um valor pré-estabelecido, e monitorar os

efeitos causados.

Desta forma, com os valores de deformações e deslocamentos obtidos no

ensaio, é possível compará-los com os valores teóricos adotados em projeto e com isso

analisar se o comportamento global do edifício está como previsto.


22

3.4.2 Verificação do Comportamento Estático de Pontes e Viadutos

Este tipo de ensaio consiste em fazer transitar sobre a estrutura uma carga que,

em determinados pontos vá estacionando, em intervalos de tempo suficiente para se

obter as medidas dos deslocamentos provocados.

De acordo com Fusco (1986), o emprego de ensaios estáticos permite a

comprovação da adequação do modelo teórico adotado no projeto estrutural ao real

comportamento estrutural observado. Esta constatação é em geral realizada pela

comparação de deslocamentos calculados com deslocamentos medidos ou, quando

possível, pela comparação de linhas de influência teóricas com as experimentalmente

observadas.

Conforme Rocha (1942), com os dados obtidos na prova de carga, traçam-se

linhas de influência da carga móvel para cada uma das diversas deformações medidas.

Essas linhas de influência são comparadas com linhas teóricas correspondentes,

calculadas de acordo com as hipóteses que, de início, se apresentam como mais

apropriadas com as condições de trabalho da obra em estudo. Se nesse primeiro

confronto não se obtém uma concordância satisfatória entre as curvas teórica e medida,

refaz-se o cálculo após admissão de novas hipóteses, sugeridas pelo aspecto da

discordância entre as curvas comparadas ou por fenômenos diversos observados no

decorrer do ensaio (articulações emperradas, ligações não previstas no projeto e

executadas por motivos construtivos, depressibilidade de apoios admitidos como fixos,

etc.).

As figuras 3.10 e 3.11, extraídas de Félix et al. (2003), mostram um ensaio de

verificação do comportamento estático de um viaduto. Nesse ensaio, 12 veículos se

deslocaram até sua imobilização no meio do vão maior. É importante destacar que,

para evitar efeitos dinâmicos, um dado par de veículos só avançava quando o par

anterior estava já imobilizado na sua posição final.


23

FIGURA 3.10 Posições dos veículos sobre o tabuleiro

FONTE: Félix et al. (2003)

(A) (B)

Figura 3.11 (A) Posições dos veículos sobre o tabuleiro; (B) Ilustração dos arranjos das cargas


Estes tipos de testes de verificação do comportamento estático se realizam

quando não existem variações periódicas de cargas nas estruturas.

3.4.3 Verificação do Comportamento Dinâmico da Estrutura

Um ensaio de verificação do comportamento dinâmico busca estudar os efeitos

de impacto e das forças longitudinais que aparecem em estruturas como pontes e


24

viadutos, devido a frenagens. Essas verificações são baseadas em relações das

deformações com a carga em movimento e com a carga em repouso.

Uma outra forma de realização desses ensaios é gerar oscilações de curta

duração, nas estruturas, permitindo determinar o período de vibração sob carga. Em

geral são executados em pontes com grandes vãos, em estruturas pouco usuais que

não cumpram as especificações do projeto relativas às cargas repetitivas. Além disso,

de acordo com Cánovas (1988), também podem ser executados em edifícios ou

elementos estruturais nos quais se deseja determinar o período próprio de vibração sob

cargas alternadas periódicas ou não, atuando em direção horizontal ou vertical.

3.4.4 Verificação da Resistência de Estruturas sob novos Carregamentos

De acordo com Nóbrega (2004), as estruturas, depois de concluídas, iniciam o

processo de envelhecimento, submetem-se à ação de intempéries e das próprias

solicitações usuais, passando a sofrer degradação. Disso decorre, e muitas vezes

também pelo aparecimento de manifestações patológicas prematuras, a perda de uma

fração de sua rigidez e/ou massa original.

Ainda, conforme Nóbrega (2004), as próprias ações mudam a sua forma e/ou

intensidade de atuação ao longo do tempo. Exemplo emblemático encontra-se nos

estádios de futebol, onde o comportamento das atuais torcidas organizadas diverge

significativamente (por vezes radicalmente) da sobriedade e calma apresentada nos

anos 50, cujos torcedores a eles compareciam, de paletó, gravata e chapéu, década em

que os projetos de várias destas estruturas foram concebidos.

Assim, as estruturas que se encontram deterioradas, as que foram vítimas de

acidentes, as que sofreram mudanças de utilização, as que receberam reforço ou

reparo e até mesmo as que receberam ligações excessivas, são casos típicos de

comportamento estrutural desconhecido, tanto do ponto de vista mecânico quanto do

elástico. Nesses casos, é necessário um ensaio de resistência.


25

Nos ensaios de resistência, conhecido o valor máximo da carga ou do conjunto

de cargas que na pior das hipóteses, irá atuar na estrutura ou elemento estrutural

testado, o ensaio deverá reproduzir as condições mais severas de serviço que a

estrutura estará submetida.

Dessa forma a norma NBR 6118 (2003), observa que uma verificação da

resistência, tem por objetivo mostrar que a estrutura ou o elemento estrutural tem pelo

menos a resistência adotada para o projeto. Quando se deseja uma avaliação somente

de um elemento, é suficiente levar o carregamento até o valor de projeto para o ELU

(Estado Limite Último). Obviamente, deve-se tomar cuidado para não danificar a

estrutura, ou elemento estrutural, desnecessariamente.

3.4.5 Aceitação de Estruturas Especiais

De acordo com a norma NBR 6118 (2003), o ensaio de aceitação visa confirmar

que o desempenho global da estrutura está em conformidade com as prescrições do

projeto. A carga é aplicada até um valor máximo entre o valor característico e o valor de

projeto para o ELU (Estado Limite Último). Podem ser estabelecidos requisitos para os

deslocamentos, o grau de não linearidade e as deformações residuais, após o ensaio.

Neste aspecto, Fusco (1986) observa que, as provas de carga de recepção de

estruturas jamais têm por objetivo medir o “coeficiente de segurança” da estrutura.

Principalmente porque esse coeficiente de segurança único da estrutura não tem

significado lógico e, mesmo que tivesse, somente poderia ser medido levando a

estrutura à ruína.

Existem normas e regulamentos que estabelecem que certas estruturas de uso

público (como pontes, por exemplo) devem ser entregues mediante uma prova de

carga, e também indicam outras situações em que são recomendadas provas de carga,


26

dando as diretrizes da intensidade do carregamento, aplicação do mesmo e os critérios

de aceitação.

Fusco (1986) reitera que, em muitos lugares do mundo as obras viárias exigem

cuidados especiais, tendo em vista o custo social dessas obras. Por essa razão, a

aceitação de obras de arte como pontes e viadutos, é vinculada a uma prova de carga

de recepção da obra, principalmente com a finalidade de garantir o emprego de

concepções estruturais sadias e de controlar a coerência entre hipóteses básicas

adotadas no projeto e o real comportamento estrutural.

Ainda, conforme Fusco (1986), no Brasil a postura adotada é que em relação às

estruturas de concreto das edificações usuais, se essas forem executadas

razoavelmente de acordo com o projeto e se os materiais empregados forem aprovados

nos ensaios de controle de qualidade, admite-se a aceitação automática da estrutura.

Sendo para as obras viárias o emprego dos mesmos critérios relativos à qualidade dos

materiais, fazendo-se paralelamente uma verificação do projeto estrutural.

Quanto à idoneidade dos componentes do concreto armado, o aço é de mais

fácil controle, porque é submetido a um rigoroso controle de qualidade pelas usinas

siderúrgicas. Já o concreto quando não dosado em centrais de fornecimento exige

maior atenção. Todavia é recomendado que se sigam os procedimentos descritos pela

NBR 14931 (2004), afim de que a aceitação da estrutura seja automática.

Um aspecto que deve ser considerado é que, em testes de aceitação, podem ser

realizados ensaios de verificação do comportamento global, do comportamento estático

e também do comportamento dinâmico.


27

3.4.6 Para Fins de Pesquisas

Esses tipos de ensaios são utilizados como parâmetros para informações tanto

sobre comportamento de materiais, como sobre novos arranjos ou concepções

estruturais. Geralmente são executados em protótipos, cujos critérios de

dimensionamento não são fundamentados em critérios normativos. Também podem ser

utilizados para avaliação da carga última em elementos estruturais para fins de

pesquisas.

De acordo com Nóbrega (2004), um exemplo deste tipo foi realizado pelo

programa PRESSS (“Precast Seismic Structural Systems”), financiado pelo PCI

(“Precast Concrete Institute”), onde se realizaram ensaios em pórticos planos e

espaciais, com a inclusão até de lajes, em alguns casos, simulando-se pavimentos de

várias alturas, com o objetivo de estudar a influência das ligações no contexto de toda a

estrutura. A figura 3.12 mostra o protótipo utilizado no ensaio.

FIGURA 3.12: Protótipo para ensaio

FONTE: www.pci.org

CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA

29

CCAAPPÍÍTTUULLOO 44 –– CCAARRRREEGGAAMMEENNTTOO DDEE PPRROOVVAA

A NBR 9607 (1986) especifica que, o carregamento de prova é um conjunto de

ações externas dimensionadas segundo critérios preestabelecidos e que, aplicados à

estrutura, a submetem a esforços solicitantes de intensidade compatíveis ou

representativas da finalidade prevista para sua utilização.

Ainda, de acordo com a NBR 9607 (1986), o carregamento de uma prova de

carga pode ser classificado quanto à natureza (estático ou dinâmico) e quanto à

permanência da carga (rápidas ou lentas).

A sobrecarga gerada nos ensaios, desde que simule precisamente o valor a ser

aplicado, pode ser composta de várias formas e tipos. Desta forma, pode ser composta

por bolsas de água, sacos de areia, sacos de cimentos, reservatórios confeccionados

com lonas plásticas e preenchidos com água, agregados graúdos, por meios mecânicos

como macacos hidráulicos, e nos casos de pontes são utilizados caminhões (como

mostrado na figura 4.1 seguinte), locomotivas ou veículos adaptados para esse fim.

FIGURA 4.1 Caminhões utilizados como carregamentos

FONTE: Casadei e Nanni (2000)


30

Em casos excepcionais, conforme observa a Rilem TBS-3 (1984) “Testing

bridges in situ”, a carga de prova pode ser simulada através de uma multidão de

pessoas.

Segundo a Rilem TBS-2 (1984) “General Recommendation for statical loading

test of load-bearing concrete structures in situ”, é tolerável um desvio de no máximo 5%

no valor da carga estimada para o ensaio, procedimento análogo ao adotado pela

norma nacional NBR 9607 (1986).

Em geral os materiais utilizados em ensaios de edifícios são classificados em

três categorias: materiais de alta densidade, água e por meios mecânicos.

4.1 MATERIAIS DE ALTA DENSIDADE

De acordo com Fitzsimons e Longinow (1975), são considerados materiais de

alta densidade o ferro, o aço, o chumbo, agregados e quaisquer outros materiais que

podem ser precisamente pesados. Esse tipo de carregamento tem as vantagens de ter

preços acessíveis, devido à relativa facilidade de obtenção. Além disso, são facilmente

posicionados nos pontos de aplicação da carga. Porém, possuem como desvantagens

a sua difícil remoção caso a área carregada apresente algum perigo durante o teste e

quando a área for relativamente grande exigirá uma significante quantidade de material.

As Figuras 4.2 e 4.3 mostram o carregamento simulado por materiais sólidos.


31

FIGURA 4.2 Sacos de areia utilizados como carga do teste

FONTE: Cánovas (1988)

FIGURA 4.3 Agregados graúdos utilizados como carga do teste, em ensaio realizado na Unicamp.

4.2 ÁGUA

A água apresenta as mesmas vantagens dos materiais sólidos, além de poder

ser transportada por bombeamento até a área carregada, eliminando assim a

necessidade de grandes equipamentos como guindastes para levantar materiais.


32

Rocha et al. (1999), observam que com a utilização de água para gerar a

sobrecarga, se consegue uma boa precisão na intensidade do carregamento aplicado,

uma vez que o controle é feito através do nível da água, permitindo também um

carregamento e descarregamento praticamente estático. Além disso, proporciona uma

maior economia, considerando a facilidade de utilização de um elemento

impermeabilizante de custo reduzido, no caso a lona plástica, também conhecida

simplesmente como plástico preto.

Todavia, a utilização da água como carga apresenta como desvantagens o fato

do carregamento ser relativamente baixo (quando comparado aos materiais sólidos).

Outra desvantagem é a possibilidade de vazamento embaixo da área carregada, bem

como a dificuldade de descarregar rapidamente a área caso essa represente algum

perigo iminente de ruptura. Usar a água como carga é impraticável em locais com

temperaturas muito baixas (onde pode ocorrer o congelamento da água).

A figura 4.4 seguinte, mostra a utilização de água como carregamento, em

ensaio realizado na laje de um comercial, na cidade do Rio de Janeiro, após a estrutura

receber um reforço com fibra de carbono.

FIGURA 4.4. Água utilizada como carga do teste

FONTE: Rodrigues (2000)


33

4.3 MACACOS HIDRÁULICOS

Os cilindros hidráulicos ou macacos hidráulicos como são conhecidos, são fáceis

de manusear. Tanto a fase de carregamento como de descarregamento pode ser

facilmente controlada. Descarregamentos parciais são automáticos quando

deslocamentos súbitos ocorrem. Dessa forma, é mais eficiente na aplicação dos

incrementos de carga, possibilitando uma maior vantagem no conhecimento do

comportamento e desempenho dos elementos testados.

Apresentam como desvantagens o fato de exigirem reações contra suas ações e

o fato da necessidade de um grande número de macacos para simular carregamentos

uniformemente distribuídos, tendo nesse caso a consideração da variabilidade entre os

macacos. Os macacos hidráulicos são mostrados nas figuras 4.5 e 4.6.

FIGURA 4.5. Macacos hidráulicos

FONTE: Mettemeyer e Nanni (1999)


34

FIGURA 4.6 Macacos hidráulicos instalados


4.4 USO DE VÁRIOS TIPOS DE CARREGAMENTOS

Cánovas (1988) observa que existem ocasiões nas quais podem se fazer

combinações entre as categorias de carregamento, de modo a atuarem

simultaneamente.

Nanni e Mettemeyer (2001) reiteram essa possibilidade de combinações de

carregamentos através ensaios realizados em laje protendida, utilizando uma

combinação entre macacos hidráulicos e sacos de areia.

De maneira geral, o carregamento de prova está condicionado a fatores como:

tipo de elemento que se pretende ensaiar, tipo de resposta esperada e a disposição da

carga nas proximidades do local de ensaio. Esse último aspecto é um ponto muito

importante, pois o transporte do carregamento até o local do ensaio pode aumentar os

custos do ensaio.


35

Independente do tipo de carregamento utilizado para simular a sobrecarga, é

importante ter cuidado nos processos de carga e descarga da estrutura, para que essa

não sofra algum tipo de dano irreversível, causado pela carga durante o teste, que

possa levá-la à ruína.

Nesse aspecto a NBR 9607 (1986) elucida uma exceção quanto à possibilidade

de danos irreversíveis à estrutura. São permitidos esses danos, quando há interesse

em avaliar as condições de ruptura em elementos pré-fabricados de concreto armando

ou protendido e nos casos de demolição total ou parcial de estruturas, quando houver

interesse em pesquisa tecnológica.

CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO

37

CCAAPPÍÍTTUULLOO 55 –– IINNSSTTRRUUMMEENNTTAAÇÇÃÃOO

Uma das etapas mais importantes a ser considerada em um ensaio de prova de

carga é a maneira como se coletam os dados fornecidos pelas ações externas

aplicadas às estruturas.

Em trabalho de Gonçalves et al. (1993), é reiterado que o êxito de um ensaio de

prova de carga está diretamente relacionado com a escolha dos equipamentos de

medição compatíveis com as respostas esperadas, ou seja, com a sensibilidade

adequada, na capacidade técnica e no treinamento da equipe responsável pela sua

realização.

Conforme Harris e Sabnis (1999), o processo de instrumentação inclui a

identificação das quantidades a serem medidas, a seleção apropriada dos sensores e

equipamentos auxiliares, instalação dos sensores, calibração dos aparelhos, aquisição

e análise de dados.

É sabido que, sob a ação de forças exteriores, os corpos sólidos se deformam.

Entre o estado de deformação e o regime de tensões de um corpo, existem parâmetros

elásticos que determinam a relação entre a tensão e a deformação do material. Dessa

forma, pode-se determinar um deles, pelo conhecimento do outro.

Conforme observa Timoshenko e Goodier (1970), as relações lineares entre as

componentes de tensão e as componentes de deformação são conhecidas geralmente

como lei de Hooke e é expressa pela seguinte relação:


38

E

σε = )1.5(

Onde:

ε é a deformação

σ é a tensão

E o módulo de elasticidade do material.

Assim, as medidas de tensões não são feitas diretamente nos elementos

testados, o que se faz é a medição da deformação e posteriormente a conversão desta,

em tensão, tendo o módulo de elasticidade conhecido. Em face disso, os ensaios de

prova de carga são baseados em medidas de deformações.

Em termos de prova de carga estática, os principais instrumentos utilizados são:

os medidores de deformações, medidores de deslocamentos verticais e os medidores

de deslocamentos angulares.

Um aspecto importante de ser analisado é a variação da temperatura ambiente

durantes os ensaios, pois os instrumentos devem ser calibrados para considerar

acréscimos de esforços na estrutura devido às variações de temperatura.

A seleção dos tipos de instrumentos dependerá do propósito do trabalho, das

condições de projeto, e das variáveis que serão monitorados. Uma diversidade de

instrumentos variando no grau de sofisticação está disponível no mercado. A seguir

serão mostrados alguns instrumentos frequentemente utilizados nos ensaios.

5.1 EXTENSÔMETROS

Extensômetros são os instrumentos destinados a medir deformações causadas

pelos carregamentos. Historicamente, esses instrumentos tiveram vários estágios de

desenvolvimento, e são baseados em princípios mecânicos, óticos, elétricos, acústicos,

pneumáticos, etc.


39

De acordo com Dally e Riley (1991), algumas características comumente usadas

para julgar a eficiência dos extensômetros são:

(a) calibração constante, não variando com o tempo, temperatura e outros fatores;

(b) serem capazes de efetuar medidas com precisão com erros de no máximo 10%;

(c) devem permitir a leitura no local ou em um lugar distante, sendo o resultado

independente de temperatura ou outros parâmetros envolvidos;

(d) devem ser fácil de se instalar e operar, além de ser de baixo custo e permitir várias

utilizações; e

(e) devem registrar medidas lineares para os deslocamentos ocorridos.

Todavia, Dally e Riley (1991), advertem que nenhum extensômetro satisfaz todas

as características comumente usadas para julgar a eficiência dos aparelhos. Dessa

forma, o sistema a ser adotado deve ser selecionado considerando cada uma das

características, tendo em vista os níveis de exigências do ensaio. Como existem vários

instrumentos com os mais variados tipos e modelos, a escolha do extensômetro deve

ser baseada em: comprimento (lo) do aparelho, a sensibilidade, o alcance do

deslocamento e a precisão de leitura.

5.1.1 Extensômetro Mecânico

Este instrumento foi um dos primeiros utilizados em medições de deformações. É

conhecido também pelo termo inglês “mechanical strain gage”, tem seu funcionamento

baseado em sistemas mecânicos, tais como alavancas, engrenagens, ou meios

similares para a ampliação da deformação, como mostrado no esquema da figura 5.1.


40

L'

FIGURA 5.1: Esquema de alavancas do extensômetro mecânico

FONTE: adaptado de Takeya (2003)

Embora este instrumento pareça simples, a ampliação da deformação através de

uma engrenagem e/ou alavanca ou outro meio similar pode causar a interação do

mecanismo, como a fricção, gerando perdas de movimento nos ponteiros. Assim, esses

instrumentos devem estar perfeitamente calibrados.

Na maioria de casos, os extensômetros mecânicos são restritos às medidas

estáticas, pelo fato de serem limitados às respostas de freqüências que são exigidas

nas aplicações dinâmicas.

Além dos aparelhos com alavancas, existem também os extensômetros

mecânicos analógicos, como mostrado na figura 5.2.


41

FIGURA 5.2: Extensômetro mecânico analógico

FONTE: Byle et al. (1997)

Apesar de algumas desvantagens dos extensômetros mecânicos, eles são

usados com frequência, primeiramente porque são auto-suficientes. Os deslocamentos

medidos são mostrados em escalas ou em seletores, e nenhum equipamento adicional

é exigido para interpretações. Além disso, são reutilizáveis, o que os fazem

econômicos.

5.1.2 Extensômetro Elétrico

O extensômetro de resistência elétrica ou "strain gage" como é conhecido, se

tornou muito utilizado desde a segunda guerra mundial e suas aplicações se dão em

muitos campos da engenharia. Segundo Takeya (2003), é o instrumento mais utilizado

na análise experimental de estruturas.

A descoberta do princípio de funcionamento do extensômetro de resistência

elétrica baseia-se nos trabalhos de 1856 feitos por Lord Kelvin, que submeteu fios de

cobre e de metal a uma determinada tensão e anotou seus aumentos de resistência

com o deslocamento aplicado. Ele observou que o fio de metal mostrou um maior

aumento na resistência elétrica do que o fio de cobre, estando ambos submetidos ao

mesmo deslocamento.


42

Leuckert (2000) observa que, os extensômetros de resistência elétrica, como são

conhecidos hoje, são pequenas grades formadas por finas lâminas metálicas que

podem ser coladas à superfície de um componente ou estrutura. Cargas mecânicas

aplicadas a este componente ou estrutura provocarão deformações que serão

transmitidas à grade.

Os strain gages são de dois tipos, o extensômetro de fio, conhecido pelo nome

inglês de “wire gage” e o extensômetro de película, conhecido por “foil gage”. Esses

dois tipos de extensômetros elétricos têm forma específica para cada aplicação. Para

as medidas de deformação na superfície de peças tem-se:

- uniaxial;

- biaxial - rosetas de duas direções; e

- triaxial - rosetas delta ou rosetas de três direções.

A figura 5.3 seguinte, mostra alguns desses extensômetros.

(A) (B) (C)

FIGURA 5.3: Extensômetros elétricos: (A) uniaxial; (B) biaxial; (C) triaxial FONTE: www.vishay.com/brands/measurements_group/strain_gages/mmter.htm

Entretanto é necessário utilizar um circuito elétrico com boa amplificação para

determinar a variação de resistência elétrica do fio. Nesse caso, a Ponte de Wheatstone

é um circuito que pode ser empregado para determinar a mudança na resistência com a

distensão sofrida pelo fio.


43

A Ponte consiste em uma rede com quatro resistores interligados entre si e

ligados a uma fonte de força eletromotriz e a um voltímetro. Se três resistências são

conhecidas, a quarta pode ser determinada. A resistência a ser medida constitui um dos

braços da ponte; e um resistor variável forma o outro. A figura 5.4 seguinte mostra uma

montagem básica da ponte.

FIGURA 5.4: Configuração básica da ponte de Wheatstone

FONTE: Almeida (1996)

5.1.3 Extensômetro de Fibra Ótica

Recentemente em países da Europa e nos E.U.A tem se difundido o uso de

equipamentos de medidas baseados em fibra ótica. Em trabalho de Moerman et al.

(2001), observa-se a grande eficiência dos sensores de fibra ótica para monitoramento

de estruturas de engenharia civil.

Um cabo de fibra ótica consiste em um núcleo (miolo) de vidro, uma região

externa chamada casca e um revestimento primário para proteção do vidro, como

mostrado na figura 5.5. Para que ocorra o fenômeno da reflexão total é necessário que

o índice da refração do núcleo seja maior que o da casca. Uma vez que a luz é

colocada no interior do núcleo de vidro ela será refletida continuamente na superfície de

contato entre o núcleo e a casca. Desse modo é possível transmitir sinais a distâncias

longas com o menor número de perdas. Com esse potencial de transmitir muitos dados


44

a uma velocidade muito alta com perdas muito baixas, a fibra ótica é frequentemente

usada em telecomunicações.

FIGURA 5.5: Esquema de uma fibra ótica

FONTE: adaptado de Moerman et al. (2001)

De acordo com Moser (2006), a medição é feita de diferentes maneiras, porém

de uma forma geral, os sensores correlacionam as perdas de intensidade de luz com o

tensionamento da fibra ótica ao longo de todo o seu comprimento. Também pode ser

utilizada a relação de mudanças no comprimento da onda de luz com a característica a

se medir, por exemplo, deformação. Uma descrição detalhada dos sensores de fibra

ótica pode ser encontrada no trabalho deste autor.

As vantagens dos sensores baseados em fibra ótica é que são imunes a

interferências e corrosão, não apresentando sinais de desgastes. Além disso, são muito

pequenos, possuindo o diâmetro da casca de 125µm, sendo fáceis de integração, no

caso de composições com outros equipamentos. A figura 5.6 seguinte mostra um

sensor de fibra ótica OS1-31-C de aplicação na superfície do elemento a se medir a

deformação.


45

FIGURA 5.6: Extensômetro de fibra ótica aplicado à superfície


Além dos extensômetros de superfície, existem também os extensômetros de

fibra ótica de imersão na massa de concreto, como mostrado na figura 5.7, seguinte,

extraída de Félix et al. (2003).

FIGURA 5.7: Extensômetro de fibra ótica imerso na massa de concreto



46

5.2 TRANSDUTOR INDUTIVO DE DESLOCAMENTO

Um outro instrumento utilizado para se medir deformações é o Transdutor

Indutivo de Deslocamento, que devido ao seu nome é inglês Linear Variable-

Differential-Transformer é conhecido comumente por (LVDT). As figuras 5.8 e 5.9

mostram o LVDTs e um sistema de LVDTs montado em tripés de alumínio.

FIGURA 5.8: Transdutor Indutivo de Deslocamento (LVDTs)


FIGURA 5.9: LVDTs montados em tripés de alumínio



47

O LVDT é composto por bobinas internas, que tem seu principio de

funcionamento associado a um fenômeno eletromagnético gerado por uma corrente

alternada que flui através de uma bobina produzindo uma força eletromotriz numa

bobina vizinha.

Almeida (2004) comenta que embora o funcionamento dos transdutores

diferenciais LVDT dependa de uma excitação com corrente alternada (AC), no mercado

são encontrados transdutores que operam com corrente contínua, DCDT. A parte DC

da terminologia DCDT refere-se a uma alimentação com corrente contínua.

Ainda, conforme Almeida, as principais vantagens e desvantagens dos LVDTs,

podem ser vistas no quadro 5.1:

Quadro 5.1: vantagens e desvantagens dos LVDTs

VANTAGENS DESVANTAGENS

- Podem ser utilizados para medida de

deslocamentos em ensaios estáticos ou

quase estáticos;

- Podem ser utilizados em ensaios dinâmicos,

acoplados aos sistemas de aquisição de

dados; e

- Por não terem sistemas mecânicos de

amplificação, tais como alavancas ou

engrenagens, não introduzem esforços

secundários nos corpos-de-prova. Dessa

forma são os mais recomendados para a

investigação de modelos reduzidos.

- Necessitam de aferição antes da montagem;

e

- Não têm indicação direta do deslocamento,

utilizam - se de recursos de amplificação

eletrônica e conversão de dados como placa

analógica digital (A/D).


48

5.3 DEFLETÔMETRO

O defletômetro, cujo termo em inglês é “dial gage”, mede o movimento de um

ponto qualquer da estrutura em relação a uma referência externa fixa (deslocamentos

lineares). Existem disponíveis no mercado os defletômetros analógicos e os

defletômetros digitais.

Basicamente, um defletômetro analógico consiste na sequência de engrenagens

encaixadas, que são acionadas por uma pequena cremalheira interceptada por um eixo

que segue o movimento a ser medido. Uma mola unida a este eixo mantém uma força

pequena para manter um contato positivo com a estrutura como pode ser visto na figura

5.10. O sistema de engrenagens é conectado a um ponteiro que indica o curso do eixo

em um seletor graduado, geralmente com as divisões de 0.025mm ou de 0.0025mm, e

com varia de 6.25mm a 150 mm. Esse equipamento pode ser facilmente aplicado e

possui uma boa precisão.

FIGURA 5.10: Sistema de engrenagens que compõe o defletômetro analógico

FONTE: Takeya (2003)


49

O defletômetro analógico pode ser visto na figura 5.11.

FIGURA 5.11: Defletômetro analógico

FONTE: Starret (2004)

Um aspecto importante a ser mencionado é que, tanto o defletômetro digital,

como o analógico, exigem o uso de suportes para serem fixados nos elementos

estruturais que estão sendo testados. As figuras 5.12 e 5.13 respectivamente, mostram

o defletômetro digital e o suporte dos aparelhos.

FIGURA 5.12: Defletômetro digital



50

FIGURA 5.13: Suporte do defletômetro


5.4 CLINÔMETRO

É utilizado para medir o ângulo entre um plano inclinado e o plano horizontal ou

entre uma linha inclinada e um plano horizontal. Portanto, ao contrário dos instrumentos

de medir deformações e deslocamentos lineares, o clinômetro mede deslocamentos ou

variações angulares.

O clinômetro consiste em um sistema de pêndulo vertical e/ou de bolha de

nivelamento horizontal como referencial e uma escala graduada que mede o ângulo do

plano ou linha em graus ou em porcentagem de desnível. O clinômetro é mostrado na

figura 5.14.

FIGURA 5.14: Clinômetro

FONTE: http://www.compuserv.com.br/lojavirtual/detalhe.asp?id=1000&cs=419516


51

5.5 INSTRUMENTOS DE TOPOGRAFIA

De acordo com Takeya (2003), os instrumentos tradicionais de topografia (nível e

teodolito) podem ser utilizados na medição de deslocamentos quando se necessita de

grande sensibilidade, ou seja, um alto nível de precisão nas medidas.

5.5.1 Estações totais

Atualmente existem aparelhos controlados por computador interno, as chamadas

estações totais, como mostrado na figura 5.15, que possibilitam medições de

deslocamentos verticais com sensibilidade da ordem de 2 mm.

FIGURA 5.15: Estação total

Conforme reitera Palazzo (2002), uma estação total é composta por um teodolito

eletrônico, um distanciômetro e um processador matemático. O teodolito eletrônico

segue os mesmos princípios de funcionamento de um teodolito dito comum, porém

permite a obtenção via analógica ou digital do valor de direções angulares verticais e


52

horizontais, possuindo muitas vezes um prumo a laser para que ele possa ser instalado

no ponto topográfico e níveis digitais que permitem sua calagem. Um distanciômetro

eletrônico permite, pela medida da metade do tempo de percurso de um feixe de onda e

o conhecimento da velocidade da onda eletromagnética no meio de propagação, a

determinação da distância entre dois pontos topográficos. Os dados obtidos podem ser

processados, armazenados, tratados matematicamente e enviados por um processador

matemático que se encontra no mesmo conjunto que os outros dois descritos

anteriormente, formando a denominada estação total. A figura 5.16 ilustra o esquema

de medições de uma estação total.

FIGURA 5.16: Esquema de medições de uma estação total

FONTE: Nadal (2000 apud Palazzo 2002)

5.5.2 Níveis Digitais

Instrumentos semelhantes às estações totais são os níveis digitais, que possuem

sensibilidade da ordem de 1 mm, sendo necessário para a utilização das estações e

dos níveis a colocação de alvos na estrutura constituídos de dispositivos especiais

denominados prismas. A figura 5.17 mostra o nível digital.


53

FIGURA 5.17: Nível Digital

CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE

55


Uma prova de carga envolve a análise da resposta da estrutura sob a influência

das cargas e interpretação dos resultados. A resposta da estrutura é, via de regra, por

intermédio de deformações e deslocamentos. Cánovas (1988) reitera que uma prova de

carga se aplica a elementos que se deformam mediante a aplicação de carga, tais

como: vigas, lajes, pontes e outros elementos fletidos, não sendo recomendada a

pilares que trabalham à compressão ou vigas curtas submetidas ao esforço cortante,

pelo fato de possível ruptura sem aviso para estes elementos quando carregados.

Quaisquer elementos a serem submetidos a uma prova de carga, não deverão

ser testados antes que o concreto tenha alcançado a idade suficiente que lhe garanta a

resistência estipulada pelo projeto.

Atenção especial deve ser dada quanto ao comportamento dos elementos

testados, no momento em que a carga é aplicada. Durante a fase de carregamento, se

os elementos apresentarem indícios de ruptura (isto é se o modo de ruptura é frágil) o

teste deverá ser suspenso nesse ponto. O coordenador do ensaio deverá fazer um

exame visual do elemento e em determinadas situações, reduzir o carregamento

permitido e aceitar uma margem de segurança.

6.1 FATORES QUE INFLUENCIAM A PROVA DE CARGA

Durante uma prova de carga é de fundamental importância a observação do

comportamento da estrutura. Existem numerosas razões para que os elementos


56

estruturais possam se comportar de forma diferente de como foram assumidos em

projeto.

Estas razões são inerentes à atuação conjunta de componentes estruturais e

não estruturais. Os componentes estruturais se comportam melhor quando ligados à

estrutura, do que quando são testados isoladamente.

Algumas estruturas (por ex: coberturas, pontes) podem se deformar

consideravelmente sob a influência de diferenciais de temperatura. As medidas dos

deslocamentos verticais registrados durante o ensaio podem conter deslocamentos nos

elementos induzidos pela temperatura, e essas deverão ser compensadas.

Nesta perspectiva, a NBR 9607 (1986) adverte:

“Devem se medidos os efeitos devido às variações térmicas do ambiente e

insolação direta sobre as estruturas, visando eventuais correções das

medições e melhor interpretação dos resultados durante o ensaio. Estas

observações devem ser efetuadas após a instalação de todos os

aparelhos de medidas, estando a estrutura sem sobrecarga. A duração

desta fase de observação deve ser o suficiente para caracterizar os efeitos

térmicos na estrutura durante um período de tempo compatível com o

dispendido nos ensaios. Estes resultados devem ser analisados e estarem

disponíveis para utilização durante a prova de carga”

A preparação da estrutura e a seleção dos elementos a serem submetidos a um

teste de carregamento dependem da finalidade do ensaio. Cuidados particulares devem

ser tomados quanto à influência de elementos não estruturais da edificação no valor

dos parâmetros a serem medidos.


57

Um outro aspecto de grande importância a ser considerado é a variação do

módulo de elasticidade. De acordo com Burdet (1993), o módulo de elasticidade do

concreto é um parâmetro determinante na rigidez da seção transversal do componente

estrutural, pois é através dele que é feito o cálculo teórico das deformações.

Cánovas (1988) observa que, enquanto o módulo de elasticidade do aço é

constante, o módulo do concreto varia segundo a umidade do meio onde se encontra.

Podendo alcançar 30% a mais se estiver em um meio seco, que é exatamente como

costuma estar o concreto armado quando se realizam as provas de carga. Além disso,

deve-se considerar que o módulo de elasticidade é uma função da raiz quadrada da

resistência à compressão e esta resistência cresce com o tempo. Assim, a estrutura fica

mais rígida com o tempo, ou seja, ao envelhecer.

Desta forma, nos casos de ensaio de resistência, frequentemente as estruturas

ou elementos estruturais testados, apresentam resistências superiores a que foi obtida

nos cálculos em função das deformações e deslocamentos.

6.2 TESTES EM ESTRUTURAS DETERIORADAS

Uma prova de carga em estruturas deterioradas deve ser conduzida com o intuito

de se certificar que haja uma adequada margem de segurança aos carregamentos em

serviço. Alternativamente, o teste pode ser usado para determinar o carregamento em

serviço, correspondente à margem de segurança requerida. Em tais circunstâncias os

ensaios devem ser executados com os devidos cuidados.

Neste aspecto, o boletim 243 do CEB (1998) observa que, na ocorrência de

componentes estruturais deteriorados é necessário uma avaliação do estado atual e

futuro da capacidade resistente desse componente. Se a deterioração for localizada e

limitada, de forma que não tenha muitos comprometimentos estruturais, a prova de

carga pode ser dispensada. Caso contrário, em estruturas onde o nível de deterioração


58

é muito difícil de determinação, a prova de carga se mostra como importante teste de

resistência.

Andrade (1992) também afirma que cuidados especiais devem ser tomados na

execução de prova de carga em estruturas deterioradas por corrosão de armaduras,

pois pode haver danos ocultos como, por exemplo, a redução de aderência em

ancoragens e traspasses, ou mesmo reduções importantes de seção transversal em

pontos localizados. Tudo isso pode acarretar, por efeito da carga aplicada, o

aparecimento de falhas adicionais ou, inclusive, o colapso da estrutura.

Portanto, é fundamental uma avaliação do grau de comprometimento estrutural

antes de qualquer avaliação experimental, via prova de carga.

6.3 AVALIAÇÃO PRÉVIA À REALIZAÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA

Devido aos fatores que podem causar influências em um teste de carregamento

realizado em uma estrutura ou elemento estrutural de grande escala. Algumas

considerações devem ser analisadas antes da realização dos ensaios. Fitzsimons e

Longinow (1975) observam que devem ser considerados na execução de uma prova de

carga:

(1) – objetivo dos testes;

(2) – intensidade e outras exigências do carregamento;

(3) – acessibilidade da área a ser carregada;

(4) – tipo de carregamento e distribuição sobre a área a ser carregada (isto é se

concentrado ou uniformemente distribuído);

(5) –simulação dos carregamentos diferentes dos assumidos em projetos;

(6) – exigências de carregamento, como proporção de carga, repetições ou

ambos;

(7) – acessibilidade do método de carregamento e profissionais experientes para

cumprirem às exigências do teste;


59

(8) – segurança dos observadores e do pessoal do teste, bem como

considerações dos efeitos de ruptura estrutural nas outras partes da estrutura

ou nas estruturas adjacentes, além de segurança dos ocupantes das

estruturas afetadas e o público em geral;

(9) – interferência dos métodos de carregamento com a instrumentação e a

influência das condições ambientais em ambos; e

(10) – custos, tempo e esforços exigidos.

Desta forma, um ensaio de prova de carga se constitui em um trabalho que deve

ser planejado e executado por um engenheiro experiente no assunto, uma vez que o

teste pode comprometer a segurança da estrutura em si e de pessoas.

Plewes e Schousboe (1967) observam que, em uma investigação estrutural, por

meio de prova de carga, o responsável pelos trabalhos deverá tomar as seguintes

decisões:

• decidir quais as partes da estrutura serão testadas para estabelecer os

critérios de segurança na aplicação dos carregamentos;

• determinar a intensidade e a distribuição dos carregamentos;

• determinar, no caso de estruturas deterioradas, se o nível da deterioração,

como fissuras, lascamentos, deslocamentos, etc., é excessivo. A

indicação de qualquer insuficiência estrutural deve ser decidida pelo

responsável. Em complemento, as causas da insuficiência estrutural

podem ser investigadas, juntamente com os caminhos para sua

eliminação ou neutralização de uma possível ação progressiva. Se isso

não puder ser feito efetivamente, a estrutura deverá ser colocada sob

sistemática vigilância; e


60

• determinar o grau de qualquer reparo necessário para permitir que os

testes sejam feitos.

6.4 PÓS-MONITORAMENTO DE ESTRUTURAS TESTADAS

Um aspecto importante a ser considerado em uma prova de carga é que essa

pode somente demonstrar o comportamento aceitável no tempo do teste e, embora

sirva como um parâmetro para avaliação, pode somente proporcionar uma garantia

limitada para o desempenho futuro.

Para Burdet (1993), um monitoramento é um complemento lógico para um ensaio

de prova de carga, uma vez que as provas de carga indicam como a estrutura está se

comportando mediante um carregamento de curto prazo, enquanto que com o

monitoramento, pode ser investigado seu comportamento ao longo do tempo.

Entretanto, na maioria dos testes de carga, este pós-monitoramento não é

realizado.

CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS

61


7.1 GENERALIDADES

As especificações para as provas de carga variam de país para país e, conforme

Veneziano (1978), variam nos procedimentos dos testes: tipo e localização das cargas,

tempo de duração do carregamento, ciclos de carregamentos, instrumentação, valores

a serem medidos, intensidade do carregamento (frequentemente uma combinação de

carga permanente e sobrecarga) e nos critérios de aceitação.

Entretanto, é comum em muitas normas de países distintos algumas

semelhanças quanto as especificações dos ensaios, pois muitas das normas são

fundamentadas em procedimentos já adotados em países com um elevado

desenvolvimento na área em questão.

Neste trabalho são analisadas as especificações dos seguintes documentos:

norma brasileira, NBR 9607 (1986), “Concreto endurecido - prova de carga em

estruturas de concreto armado e protendido”; norma americana, ACI-318 (2002),

“Building code requirements for reinforced concrete”; norma australiana, AS 3600

(2001), “Concrete structures”; recomendações espanhola, EHE-1998, “Instrucción de

Hormigón Estructural” e européia, Rilem TBS-2 (1984), “General Recommendation for

statical loading test of load-bearing concrete structures in situ”.

Cada documento tem suas próprias particularidades. Neste trabalho são

analisados os aspectos inerentes à recomendação para aplicação de um ensaio de

prova de carga, à intensidade do carregamento de prova, à forma de aplicação do

carregamento e aos critérios de aceitação da estrutura ensaiada.


62

A norma brasileira e a recomendação européia são publicações desvinculadas

das normas de dimensionamento. O mesmo não acontece com as normas americana,

australiana e com a recomendação espanhola, pois essas fazem parte das normas de

dimensionamento de estruturas de concreto.

7.2 RECOMENDAÇÃO PARA A EXECUÇÃO DE UM ENSAIO DE PROVA DE

CARGA

A recomendação para a execução de um ensaio de prova de carga em alguns

casos pode ser considerada como uma obrigatoriedade. Nos documentos analisados,

de maneira geral essa recomendação está associada à idéia de segurança estrutural

em relação a situações limites últimas ou em serviço.

7.2.1 Recomendação segundo a NBR 9607 (1986)

De acordo com a norma brasileira NBR 9607 (1986), um ensaio de prova de

carga é recomendado na aceitação de algumas estruturas, em casos de eventual

alteração das condições de utilização da estrutura, no caso de fases construtivas que

acarretem solicitações excepcionais em parte da estrutura, após acidentes ou

anomalias observados durante a execução ou utilização de uma estrutura, na falta total

ou parcial de elementos de projeto, quando as condições construtivas são

desconhecidas ou com a finalidade de estudar o comportamento de estruturas.

7.2.2 Recomendação segundo o ACI - 318 (2002)

Para o ACI-318 (2002), um ensaio de prova de carga é indicado quando existem

dúvidas em relação à segurança de partes ou da estrutura completa. A avaliação da

resistência estrutural pode ser exigida no caso de materiais de construção considerados

de baixa qualidade, no caso de existirem evidências de imperfeições ou falhas na


63

construção, no caso da estrutura apresentar-se deteriorada e no caso de alteração das

condições de utilização da edificação.

7.2.3 Recomendação segundo a Rilem TBS-2 (1984)

A recomendação européia Rilem TBS-2 (1984) propõe que os testes de

carregamento sejam executados sempre que se necessite obter conhecimento do real

comportamento de parte ou de uma estrutura completa, quando carregada. Semelhante

aos outros documentos, particulariza determinadas situações em que é recomendado

um teste de carga, como para análises das condições de serviço de uma estrutura, ou

para estabelecer referências de comportamento em relação à rigidez, deslocamentos,

formação e abertura de fissuras.

Também é recomendada uma prova de carga, visando à segurança, no caso de

alteração do uso da edificação, no caso da estrutura ter sido submetida a ações não

previstas no projeto (fogo, explosões, abalos sísmicos, etc.), no caso de estruturas

concebidas com dimensões não usuais (grandes vãos, grandes alturas, espessuras

reduzidas, etc.), nos casos de inexistência de projeto ou de projeto em desacordo com

os procedimentos vigentes de dimensionamento ou no caso de emprego de materiais

de qualidade duvidosa.

7.2.4 Recomendação segundo a AS 3600 (2001)

Para a norma australiana AS 3600 (2001) que trata do assunto em seu apêndice

B (testing of members and structures), uma prova de carga deve ser executada em

circunstâncias especiais e no caso de estruturas (protótipos) com procedimentos de

dimensionamento não englobados pelas normas vigentes. Em realidade, simplesmente

não especifica situações particulares de realização de testes de carga.


64

7.2.5 Recomendação segundo a EHE (1998)

A recomendação espanhola EHE (1998) preconiza testes de carregamento

baseados em uma das classificações das provas de carga definidas por ela. Conforme

essa especificação, existem três categorias de provas de carga, separadas de acordo

com sua finalidade, que são: provas de carga regulamentares, provas de carga como

informações complementares e provas de carga para avaliar a capacidade resistente.

7.2.5.1 As provas de carga regulamentares

São todas aquelas exigidas por Prescrições Técnicas Particulares, Instruções e

Regulamentos Específicos, onde o comportamento da estrutura, sob situações

representativas das cargas de serviço, deve ser comprovado. É o caso das pontes

rodoviárias e ferroviárias que necessitam ensaios de recepção da estrutura, tem por

objetivo comprovar a adequada concepção e execução das obras frente às cargas as

quais estarão submetidas em serviço. Essas provas de carga exigem a elaboração de

um projeto, o qual deve diferenciar as ações a serem aplicadas, se estáticas ou

dinâmicas, referentes a cada caso.

7.2.5.2 As provas de carga como informações complementares

São aquelas efetuadas em ocasiões em que se mostre necessária a obtenção de

informações complementares da estrutura. Por exemplo, no caso da ocorrência de

problemas durante a fase de construção da edificação.

7.2.5.3 As provas de carga para avaliar a capacidade resistente

São aquelas utilizadas como meio de avaliação da segurança estrutural. Essas

provas de carga sempre exigem a elaboração de um plano de ensaio. Esse plano

deverá ser constituído de informações sobre viabilidade e finalidade da prova de carga;

valores a serem medidos e localização dos pontos de medida; procedimentos; escalas

de carga e descarga; e medidas de segurança.


65

Para qualquer das categorias citadas, a recomendação espanhola é muito clara

na especificação de critérios particulares para realização e avaliação dos resultados do

ensaio. Deve ser observado que dentre todas as normas e recomendações aqui

avaliadas, a espanhola é, de longe, a mais criteriosa.

7.3 INTENSIDADE DO CARREGAMENTO DE PROVA

A intensidade do carregamento a ser aplicado durante uma prova de carga é

parâmetro diferenciado entre os documentos avaliados.

7.3.1 Intensidade de carga segundo a NBR 9607 (1986)

A norma brasileira NBR 9607 (1986) estabelece, inicialmente que os

carregamentos de prova devem ser dimensionados com base no projeto e, na ausência

deste, deve ser levada em consideração a utilização originalmente prevista para a

estrutura.

Desta forma, propõe um valor numérico chamado de fator de carregamento, que

tem por finalidade indicar o nível de solicitação que deve estar submetida uma seção ou

ponto da estrutura durante uma prova de carga. O fator de carregamento Ψ é expresso

por:

onde Fe é o esforço solicitante teórico devido ao carregamento da prova de carga e Fd o

esforço solicitante teórico devido ao carregamento de projeto. Também são

estabelecidos dois parâmetros, a eficiência do carregamento e o fator de segurança do

ensaio (Fs). A eficiência do carregamento é o menor valor obtido para o fator de

carregamento. Já o fator de segurança (Fs) é o menor valor obtido para as relações

d

e

F

F=ψ )1.7(


66

entre os esforços resistentes (Fu) e os esforços solicitantes (Fe) ocasionados pelo

carregamento de prova, e é expresso por:

sendo, Fu o esforço resistente último teórico da seção.

Assim, os ensaios são classificados em três categorias: básicos, rigorosos e

excepcionais, em função da intensidade do carregamento. A tabela 7.1, apresentada

pela NBR 9607 (1986), estabelece o fator eficiência do carregamento em função do tipo

e emprego do ensaio de prova de carga.

TABELA 7.1 Classificação das provas de carga.

Ensaios

Eficiência do

Carregamento

Emprego

Básicos

0,5 < Χ [ 1,0

- recepção de estruturas em

condições normais de projeto e

construção

- estudo do comportamento da

estrutura.

Rigorosos

1,0 < Χ [ 1,1

- dimensões, qualidade e/ou

quantidades dos materiais não

atendem aos requisitos de projeto

- desconhecimento do projeto e/ou

das condições construtivas

- alteração das condições de

utilização previstas para a estrutura

- após acidentes ou anomalias

observadas durante a execução ou

vida útil de uma estrutura

Excepcionais

Χ >1,1(A)

- passagem de cargas excepcionais

- fases construtivas que acarretem

solicitações excepcionais em partes

da estrutura

(A) O coeficiente de segurança do ensaio em relação ao estado limite último de estrutura deve ser

superior a 1,4, salvo nas condições de levar a estrutura a ruptura, para fins de pesquisa.

Fonte: NBR-9607 (1986)

)2.7(

e

us

F

FF =


67

Um aspecto importante a ser ressaltado é que a NBR 9607 (1986) designa

esforços solicitantes por “F”, contrariando a NBR 8681 (2003), na qual a designação “F”

é dada a esforços resistentes.

7.3.2 Intensidade de carga segundo o ACI-318 (2002)

O ACI-318 (2002) especifica que o carregamento total do ensaio (incluindo carga

permanente) não deverá ser menor que 0,85 (1,4D + 1,7L), onde D é a carga

permanente e L é a carga variável (sendo permitido a redução de L de acordo com as

exigências aplicadas pelas normas gerais de construção).

7.3.3 Intensidade de carga segundo a Rilem TBS-2 (1984)

A recomendação européia Rilem TBS-2 (1984) estabelece que o máximo valor

da carga do teste é determinado de acordo com a proposta do ensaio. Essa proposta

pode ser a verificação das condições de serviço, definição do máximo carregamento de

serviço, verificação da capacidade de resposta estrutural ou resistência última.

7.3.3.1 Intensidade da carga para verificação das condições de serviço

Quando a intenção do teste é verificar as condições de serviço, a intensidade do

carregamento deve ser inferior ao valor de serviço especificado pelas normas, inferior

ao valor de projeto ou igual ao valor que conduz ao limite do deslocamento vertical ou a

abertura de fissuras permitida. Os valores do carregamento devem incluir coeficientes

de segurança e qualquer fator dinâmico que existir. Não havendo especificações de

fatores de majoração da carga é sugerido um aumento de 1,4 para a sobrecarga e 1,2

para a carga permanente.

É recomendado que o máximo valor já aumentado como descrito, seja

novamente aumentado, nos casos em que: o uso da edificação exige um fator de

segurança elevado, a estrutura apresenta sinais de deterioração, os efeitos de fluência


68

e relaxação são importantes e devem ser considerados, o ambiente está sujeito a

grandes variações de temperatura, os efeitos das cargas dinâmicas são consideráveis,

e nos casos em que o carregamento de serviço excede duas vezes a carga permanente

ou 10 kN/m2.

7.3.3.2 Intensidade da carga para definir o máximo carregamento de serviço

Quando a intenção do teste é definir o máximo carregamento de serviço, o valor

do carregamento deve ser determinado por uma contínua avaliação dos resultados

durante o teste. Dessa forma, o valor máximo da carga de prova será fixado a partir dos

valores de carregamento que determinam o deslocamento permitido ou a máxima

abertura de fissuras.

7.3.3.3 Intensidade da carga para definir a resistência última

Se a intenção do teste é verificar a capacidade de resposta estrutural ou

resistência última, o valor da carga do teste será determinado em função da resistência

última calculada a partir do ponto de escoamento nominal do aço e da resistência

nominal do concreto. Nesse caso, a intensidade da carga de prova é necessária

somente para fins de pesquisas, pois seu valor é aquele que causa na estrutura sua

ruptura.

7.3.4 Intensidade de carga segundo a AS 3600 (2001)

Para a norma australiana AS 3600 (2001), a intensidade do carregamento a ser

aplicado deve ser 100% do carregamento de projeto, tanto para o estado limite último,

quanto para o estado limite de serviço.

7.3.5 Intensidade de carga segundo a EHE (1998)

A recomendação espanhola EHE (1998), estabelece que para as Provas de

Cargas Regulamentares e as Provas de Carga como Informações Complementares a

intensidade da carga é aquela indicada por Prescrições Técnicas Particulares,


69

Instruções e Regulamentos Específicos. Todavia, adverte que a carga não deve

exceder a carga característica considerada no cálculo, de forma a não danificar a

estrutura sob teste.

Já para o caso das Provas de Carga para Avaliar a Capacidade Resistente, a

EHE (1998) estabelece que a parte da estrutura onde se realizará o ensaio deverá ser

submetida a uma carga total de 0,85(1,35 G + 1,5 Q), sendo G a carga permanente

que irá atuar na estrutura e Q o carregamento variável.

7.4 FORMA DE APLICAÇÃO DO CARREGAMENTO

A fase do carregamento é de extrema importância durante um ensaio de prova

de carga estática, visto que a carga deve ser aplicada de maneira contínua e sem

vibrações, para que se eliminem os efeitos dinâmicos que podem provocar solicitações

indesejáveis. Desta forma, é recomendável o parcelamento da carga.

7.4.1 Aplicação do Carregamento segundo a NBR 9607 (1986)

A NBR 9607 (1986) especifica, inicialmente, que as ações impostas na estrutura

podem ser de natureza estática ou dinâmica, e quanto à permanência, podem ser

rápidas ou lentas. O número de carregamentos parciais ou de posições de carga sobre

a estrutura deve ser em função da natureza do ensaio e do conhecimento da obra. Na

realidade, não especifica claramente o número necessário de incrementos de carga a

serem aplicados, mas recomenda que no mínimo quatro etapas de aplicação da carga

deverão ser controladas antes de ser atingido o carregamento final da prova. A análise,

efetuada após cada incremento de carga é imprescindível para liberação da estrutura

para as etapas posteriores de carga.

Um aspecto salientado pela norma é a análise imediata dos resultados. Essa

análise deve ser feita após cada etapa do carregamento, e chama a atenção para as


70

análises dos valores residuais de deslocamentos obtidos após os descarregamentos,

pois esses valores podem indicar o comportamento elástico da estrutura.

7.4.2 Aplicação do Carregamento segundo o ACI-318 (2002)

O ACI - 318 (2002) recomenda que o carregamento de prova seja aplicado em

quatro incrementos, aproximadamente iguais, em um período de 24 horas. Após cada

incremento, devem ser medidos os resultados na estrutura. Após as coletas das

medições, o carregamento total do teste deverá ser removido imediatamente. Depois de

24 horas da remoção do carregamento total, deverão ser coletados novos dados.

7.4.3 Aplicação do Carregamento segundo a Rilem TBS-2 (1984)

A Rilem TBS-2 (1984) estabelece, a priori, que a posição da carga de teste

deverá simular as posições esperadas em uso. Não sendo possível, os carregamentos

deverão ser posicionados de maneira a resultar tensões ou deformações nas seções

críticas esperadas em utilização normal da estrutura.

O carregamento deve ser aplicado em quatro incrementos, com valores iguais;

permitindo um aumento de mais quatro se a carga for muito elevada. O intervalo

mínimo entre um incremento e outro deve ser de 10 minutos. Durante esse tempo os

dados são coletados e o comportamento da estrutura é observado. Para que a

deformação seja considerada estável, antes do próximo incremento de carga, a

deformação medida na segunda metade do intervalo considerado não pode exceder

15% da deformação que ocorreu na primeira metade. Se a deformação não se

estabilizar, o intervalo entre um incremento e outro pode ser aumentado para até 30

minutos.

O máximo valor da carga do teste deve ser mantido por 16 horas, e medições

devem ser feitas. A estrutura deve ser descarregada e após 16 horas devem ser feitas


71

novas medidas. Períodos de observações podem ser mais curtos ou mais longos em

circunstâncias especiais.

7.4.4 Aplicação do Carregamento segundo a AS 3600 (2001)

A norma australiana AS 3600 (2001) especifica que o carregamento deve ser

aplicado gradualmente e sem impacto. A distribuição e o tempo de aplicação da carga

deverão ser representativos das ações exigidas por norma. Desta forma, não menciona

o parcelamento da carga, nem períodos de aplicação de carga e/ou descarga.

7.4.5 Aplicação do Carregamento segundo a EHE (1998)

Analogamente ao ACI-318, a recomendação espanhola EHE (1998) estabelece

que as cargas do ensaio devam ser dispostas em pelo menos quatro etapas

aproximadamente iguais. Num período de 24 horas depois de carregada a estrutura

com o carregamento total do ensaio se realizarão as leituras nos pontos de medidas

previstos. Imediatamente depois de registrar essas leituras se iniciará a descarga,

registrando novas leituras 24 horas depois de se haver retirado as cargas na sua

totalidade.

7.5 CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO

Um critério de aceitação, isto é, de comprovação efetiva do comportamento da

estrutura sob carga, em geral, é estabelecido em função da concordância entre os

valores de deslocamentos medidos e os calculados. Também é efetivado respeitando

os limites previamente estabelecidos para as deformações residuais e fissuração.

Entre as normas e recomendações avaliadas, critérios de aceitação

diferenciados foram observados.


72

7.5.1 Aceitação segundo a NBR 9607 (1986)

A norma brasileira NBR 9607 (1986), estabelece que os critérios de aceitação e

os cálculos das previsões dos efeitos devem ser feitos com base no projeto. Para tanto,

devem ser analisados na memória de cálculo os seguintes aspectos: critérios de

projeto, normas utilizadas, materiais especificados, carregamentos de projeto,

coeficientes de segurança e relações entre as quantidades de materiais resultantes do

dimensionamento e as existentes na estrutura.

Nos casos onde os registros técnicos são insuficientes ou não conhecidos, as

investigações sobre a estrutura devem ser desenvolvidas através de inspeções à obra e

consultas relativas à época da sua execução, devendo ser avaliados os seguintes

aspectos:

(a) Características geométricas: execução de plantas “como construído”, das

formas, vinculações, juntas, etc.;

(b) Utilização prevista originalmente para a estrutura: sua finalidade original

ou classe de rodovia ou ferrovia para a qual foi projetada;

(c) Condições de solicitações a que a estrutura já foi submetida: intensidade

e frequência das cargas atuantes;

(d) Idade da estrutura;

(e) Normas vigentes por ocasião de sua execução: hipóteses de cálculo,

materiais disponíveis, coeficientes de segurança prescritos; e

(f) Análises de obras similares construídas na mesma época.

7.5.2 Aceitação segundo o ACI-318 (2002)

Em seu comentário sobre o critério de aceitação, o ACI-318 (2002), menciona

que, em geral, a estrutura submetida a uma prova de carga é aprovada se não se nota

evidências de ruptura. Estas evidências são fissuras com aberturas e/ou comprimentos

excessivos, lascamentos, e até deslocamentos que comprometam a segurança da


73

estrutura. Quando existem evidências de ruptura durante o teste não é permitido

realizar um outro ensaio, e o elemento testado não poderá ser posto em serviço sem

uma avaliação com um carregamento de baixa intensidade.

Quanto ao máximo deslocamento, esta mesma norma, estabelece que a

estrutura sob carga satisfará os critérios de aceitação se:

onde:

∆máx representa a medida do máximo deslocamento;

∆rmáx representa o valor do deslocamento residual;

lt é o vão do elemento a ser testado (mm) e

h a altura do elemento (mm).

Se as equações (7.3) e (7.4) não forem verificadas e no caso da não observância

de iminência de ruptura já descrita, é permitida a repetição do teste. Essa repetição

deve ser feita 72 horas depois de removida a carga do primeiro teste. Neste caso, a

parte da estrutura na qual se repetirá o teste será considerada aceitável se:

onde ∆fmáx é o máximo deslocamento medido no segundo teste, relativo a posição

inicial da estrutura no segundo teste.

h

lt

máx 20

2

≤∆

4máx

máxr∆

≤∆

( )3.7

( )4.7

5máx

máx

fr

∆≤∆ )5.7(


74

7.5.3 Aceitação segundo a Rilem TBS-2 (1984)

Já a Rilem, TBS-2 (1984), estabelece modos específicos de caracterização da

ruptura durante um teste de carga. A ruptura da estrutura é caracterizada quando:

(a) - a estrutura ou parte dela entra em colapso;

(b) - a estrutura se torna instável;

(c) - a deformação aumenta sem o aumento de carregamento;

(d) - a deformação da estrutura continua aumentar sob carga constante,

medida três vezes, em intervalos de tempos iguais;

(e) - o deslocamento vertical está igual ou excedente a:

onde “l” é o vão da estrutura;

(f) - a abertura de fissuras, medida em um ponto correspondente a

profundidade da fissura de 200 mm não pode ser igual ou exceder a

1.5mm (figura 7.1);

FIGURA 7.1: Abertura de fissuras

(g) - a extensão das fissuras diagonais próximas aos apoios alcançou ou

excedeu 200 mm (figura 7.2); e

50

l)6.7(

200m

m

>1.5mm


75

>200mm

>200mm

FIGURA 7.2: Extensão das fissuras próximas aos apoios

(h) - a estrutura separa-se do apoio.

Em casos de verificação da resistência última, deve também ser considerados

como modos de ruptura:

(i) - a resistência é maior que 95% da resistência de ruptura calculada; e

(j) - a resistência excedeu 100% da resistência última calculada em função

da estabilidade.

Considerados estes modos de ruptura e dividindo-se os testes de carga naqueles

em que se tem conhecimento da provável resposta da estrutura sob carga e naqueles

em que o desconhecimento deste comportamento é total (estruturas sem projeto

conhecido), critérios de aceitação da estrutura são especificados.

7.5.3.1 Critérios de aceitação conhecendo a provável resposta da estrutura

Na ausência de um critério apropriado, uma estrutura testada é considerada

aceitável para o carregamento de serviço se as seguintes condições forem satisfeitas:

1- Nenhum dos critérios de ruptura tenha ocorrido;

2- Os deslocamentos verticais e as deformações residuais não excedem os

percentuais em relação aos valores totais estabelecidos a seguir:

Estruturas de pelo menos 52 dias de idade quando forem carregadas pela

primeira vez:

(1) - 20% para estruturas de concreto protendido.

(2) -25% para estruturas de concreto armado e alvenaria estrutural.


76

No caso destas mesmas estruturas, carregadas pela segunda vez:

(1) - 10% para estruturas de concreto protendido.

(2) - 12,5% para estruturas de concreto armado e alvenaria estrutural.

3- Os deslocamentos verticais e as deformações medidas não devem exceder

1,2 dos valores calculados, desde que os verdadeiros valores de rigidez da

estrutura sejam usados para cálculos das deformações e deslocamentos

verticais;

4- As curvas mostrando o carregamento versus deformação são

aproximadamente lineares, indicando que e as deformações estavam

estabilizadas durante o teste;

5- A máxima abertura de fissuras alcançada é correspondente ao limite

estipulado para a estrutura em função de sua utilização;

6- O deslocamento vertical máximo deve estar de acordo com os limites

estipulados para a estrutura em função de sua utilização. Na ausência de

qualquer critério especial, deve ser satisfeita a seguinte relação:

Onde:

ϕ é a relação das deformações de 1ª. e 2ª. Ordem

p

MTLM

elL

Ldd

ϕ

lim0, ≤

mentodescarrega no elástica deformação da medida a é 0,M

eld

teste do tocarregamen o é M

TLL

códigos por dosestabeleci critérios

com acordo de oconsiderad ser a permanente tocarregamen o é pL

)7.7(


77

7- O deslocamento residual não pode exceder duas vezes o valor calculado. É

permitido um segundo teste, e neste caso o deslocamento não pode ser maior

que metade daquele obtido no primeiro teste. Havendo um terceiro teste, o

deslocamento residual não pode exceder um terço do obtido no segundo teste.

7.5.3.2 Critérios de aceitação desconhecendo a provável resposta da estrutura

No caso de desconhecimento da capacidade de resposta da estrutura, o máximo

carregamento de serviço é determinado pela observação do comportamento da

estrutura sob carga, de tal maneira que: nenhum dos critérios de ruptura ocorra, a

estrutura permaneça estável, o valor medido para as deformações permanentes,

colocadas como parcela das deformações totais, esteja dentro dos limites aceitáveis

estipulados anteriormente; o valor para abertura de fissuras tenha sido alcançado; o

valor experimental das deformações alcance o valor limite de cálculo e pela observação

do rápido incremento nas deformações.

7.5.4 Aceitação segundo a AS 3600 (2001)

No caso da norma australiana, AS 3600 (2001), existem critérios de aceitação

relacionados à resistência e ao deslocamento.

7.5.4.1 Avaliação quanto à resistência

A estrutura ou o elemento estrutural serão considerados aceitos se forem

capazes de suportar o carregamento último por pelo menos 24 horas sem ocorrência de

danos significativos, tais como, lascamentos ou fissuras excessivas.

angular ou

vertical todeslocamen :ex por ,deformação a para permitido limite o é limd


78

7.5.4.2 Avaliação quanto ao deslocamento

A estrutura ou elemento estrutural serão considerados aceitos se forem capazes

de suportar o carregamento em serviço por pelo menos 24 horas sem exceder os

limites estabelecidos em serviço. Esses limites são mostrados na tabela 7.2 e devem

ser levados em conta os efeitos de curta e longa duração, idade e histórico do

carregamento.

TABELA 7.2 Limites de deslocamentos verticais.

LIMITES DE DESLOCAMENTOS VERTICAIS PARA VIGAS E LAJES

Tipo de elemento

Deslocamento a ser

considerado

Limitação do deslocamento por vão

(∆/Lef). (Onde Lef é o vão teórico

do elemento)

Limitação do deslocamento para consolos (∆/Lef).

(Onde Lef é o vão teórico do elemento)

Todos os elementos Deslocamento total 1/250 1/125

Elementos suportando paredes de alvenaria

O deslocamento que

ocorre depois da execução da parede

1/500 onde considerações são feitas de forma a minimizar o efeito do deslocamento, de outra maneira adotar

1/1000

1/250 onde considerações são feitas de forma a minimizar o efeito do

deslocamento, de outra maneira adotar 1/500

Elementos de pontes

Deslocamento do carregamento permanente (e impacto)

1/800

1/400

FONTE: Tab. 2.4.2, p.24. AS 3600 (2001)

7.5.5 Aceitação segundo a EHE (1998)

Para a recomendação espanhola EHE (1998) os critérios de aceitação são

estabelecidos em função da classificação da prova de carga, definida inicialmente.

7.5.5.1 Aceitação para as provas de carga regulamentares e para as provas de carga

como informações complementares

Exceto em especial justificativa, os resultados dos ensaios serão tomados como

satisfatórios se cumprirem as seguintes condições:

(1) No decorrer do ensaio nenhum elemento apresente fissuras não previstas no

projeto e que comprometam a segurança e a durabilidade da estrutura;


79

(2) Os deslocamentos verticais medidos não excedam os valores estabelecidos

no projeto, em relação aos máximos compatíveis para a correta utilização da

estrutura;

(3) As medidas experimentais determinadas nos ensaios, tais como: rotações,

deslocamentos verticais, frequências de vibrações, não superem as máximas

calculadas no projeto de prova de carga em mais de 15% para o concreto

armado e em mais de 10% para o concreto protendido; e

(4) O deslocamento residual, depois da retirada da carga, considerando-se o

tempo em que a carga foi mantida, seja pequeno e se possa observar que a

estrutura apresenta um comportamento essencialmente elástico. Essa

condição deverá ser alcançada após o primeiro ciclo de carga-descarga ou

na ausência desse, após um segundo ciclo que permita realizar tal propósito.

7.5.5.2 Aceitação para as provas de carga para avaliar a capacidade resistente

Para as Provas de Carga para Avaliar a Capacidade Resistente os resultados do

ensaio serão considerados satisfatórios quando cumprirem as seguintes condições:

(1) Nenhum dos elementos testados apresente fissuras que não estejam

previstas no projeto e que comprometam a segurança e a durabilidade da

estrutura;

(2) O deslocamento vertical máximo obtido seja inferior a:

Sendo l o vão de cálculo e h a altura do elemento. No caso do elemento

ensaiado ser maciço, l será duas vezes a altura;

(3) Se o deslocamento vertical medido superar l2/20000h, uma vez retirada a

carga e transcorridas 24 horas, o deslocamento residual deverá ser inferior a 25%

do máximo permitido, em elementos de concreto armado e inferior a 20% do

máximo permitido, em elementos de concreto protendido.

h20000

2l )8.7(


80

Se o elemento testado não obedecer este critério, é permitido realizar um

segundo ensaio, depois de transcorridas 72 horas do fim do primeiro. Neste

caso, o resultado será considerado satisfatório se o deslocamento residual obtido

for inferior a 20% do máximo registrado nesse ciclo de carga para todo tipo de

estrutura.

7.6 ANÁLISE COMPARATIVA DAS NORMAS

A análise de aspectos referentes aos ensaios de prova de carga nas normas e

recomendações, permitiu verificar que esses aspectos variam de norma para norma e

consequentemente de país para país. Outro aspecto observado foi o fato de que a

profundidade da abordagem de determinados parâmetros específicos, pode ser

diferente de uma norma para outra.

Quanto à recomendação de um ensaio de prova de carga a NBR 9607 (1986), o

ACI-318 (2002) e a recomendação européia Rilem TBS-2 (1984) assemelham-se

bastante em suas prescrições, e suas recomendações estão fundamentadas nas

propostas encontradas na literatura sobre o tema. Já a norma australiana AS 3600

(2001) não especifica quais são as circunstâncias obrigatórias para a realização de

testes, enquanto a recomendação espanhola EHE (1998) se destaca das demais

normas pesquisadas por especificar detalhadamente várias categorias de provas de

carga, possibilitando assim uma melhor orientação para um ensaio de carga.

No que diz respeito à intensidade da carga a ser aplicada e o processo de

carregamento da estrutura, o quadro 7.1 seguinte, mostra de forma resumida estas

prescrições das normas e recomendações.


81

QUADRO 7.1: Intensidade da carga e processo de carregamento

INTENSIDADE DA CARGA A SER APLICADA Norma Intensidade do carregamento Carregamento da estrutura

Brasileira

ψ (variável entre 0.5 a 1.1) (1)

Não menciona o número exato de

incrementos, mas recomenda o

controle em pelo menos quatro etapas

Americana 0,85 (1,4D + 1,7L) (2) Parcelado em quatro vezes

Rilem TBS-2 (1984)

De acordo com a proposta do

ensaio, pode ser:

- inferior ao valor de projeto ou igual

ao valor que conduz ao limite do

deslocamento vertical ou a abertura

de fissuras permitida;

- determinado por uma contínua

avaliação dos resultados durante o

teste; e

- determinado em função da

resistência última calculada a partir

do ponto de escoamento nominal do

aço e da resistência nominal do

concreto.

Parcelado em quatro vezes, e permitido

mais quatro se a carga for muito

elevada

AS 3600 (2001) 100% do carregamento de prometo Não menciona parcelamento

Espanhola 0,85(1,35 G + 1,5 Q) (3) Parcelado em quatro vezes (1) Eficiência do carrgamento (2) D é a carga permanente e L é a carga variável (3) G a carga permanente que irá atuar na estrutura e Q o carregamento variável

Como pôde ser observado, analisando a intensidade do carregamento, pela

norma brasileira o carregamento pode variar de 0.5 a 1.1 vezes o carregamento de

projeto, enquanto na norma americana o valor da carga é cerca de 85% do

carregamento de projeto. A recomendação espanhola é mais conservadora, pois o valor

da carga foi o menor encontrado (exceto em alguns casos da norma brasileira em que a

carga pode ser metade do valor de projeto). Já a norma australiana recomenda 100%

das ações de projeto.

A recomendação européia, ao estabelecer o valor da carga em função da

proposta do teste, menciona que o carregamento pode ser inferior ao valor da carga de

serviço, obtido através de uma contínua avaliação dos resultados durante o ensaio,


82

tomado como o valor que conduz ao limite do deslocamento vertical ou a abertura de

fissuras permitida, ou correspondente ao valor que cause, na estrutura, sua resistência

máxima. Todavia, em todos esses casos não é mencionado o valor exato de carga que

deve ser aplicada na estrutura.

Já, quanto ao processo de carregamento da estrutura, existe uma grande

semelhança nos documentos, pois é mencionado que a carga deve ser colocada na

estrutura parceladamente, através de incrementos definidos, exceto na norma

australiana que não menciona o parcelamento da carga.

Quanto aos critérios de aceitação a norma brasileira não traz consigo os critérios

explícitos para aceitação no que diz respeito aos limites de deslocamentos, sendo

necessárias consultas ao projeto original ou outras fontes de pesquisas como

informações sobre a época da construção. Ao contrário das outras normas em que

certas prescrições como, limites de deslocamentos, falta de instabilidade ou critérios de

ruptura são destacados. Essas prescrições trazem uma maior otimização nos ensaios

de prova de carga, pois os critérios de aceitação sendo seguidos somente como

descritos nas normas, a estrutura estará aprovada ou não. O quadro 7.2 seguinte,

mostra de forma resumida os critérios de aceitação prescritos nos documentos

analisados.


83

QUADRO 7.2: Critérios de aceitação INTENSIDADE DA CARGA A SER APLICADA

Norma Critérios de aceitação (Quanto aos aspectos visuais)

Critérios de aceitação (Quanto aos deslocamentos verticais

máximos) Brasileira Não menciona Com base no projeto

Americana

Não apresentar fissuras com aberturas e/ou comprimentos

excessivos, lascamentos, e até deslocamentos que comprometam

a segurança.

Conhecendo a provável resposta da estrutura

- Os deslocamentos verticais e as deformações medidas não devem exceder

1,2 dos valores calculados.

Rilem TBS-2 (1984)

Não houve colapso, falta de instabilidade, aumento da

deformação sem o aumento de carregamento.

Desconhecendo a provável resposta da estrutura

- o valor experimental das deformações alcance o valor limite de cálculo

AS 3600 (2001) Não ocorrer lascamentos ou fissuração excessiva.

Ver tabela 4.2

Provas de carga regulamenteres e provas de carga com informações complementares Os deslocamentos verticais não excedem os

valores de projeto, O deslocamento residual é pequeno de

forma a mostrar o comportamento elástico da estrutural

Espanhola

Não apresente fissuras não previstas. Provas de carga para avaliar a capacidade

resistente

(1) Máximo deslocamento ; (2) Deslocamento residual; (3) Deslocamento no segundo teste (4) Deslocamento vertical; (5) Deformação elástica no descarregamento; (6) Deslocamento vertical máximo.

(1) 20

2

h

lmáx

t≤∆

(2) 4

máxrmáx

∆≤∆

(3) 5

fmáxrmáx

∆≤∆

(4) 50

l

(4) 50

l

(6) 20000

2

h

l

(5) lim

0,

p

MTLM

el L

Ldd

ϕ≤

CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA

85


8.1 PLANEJAMENTO

Em trabalho de Bares e Fitzsimons (1975), eles comentam que a prova de carga

propriamente dita pode começar somente depois que o procedimento inteiro foi

planejado.

A primeira definição clara é o que se pretende analisar com o teste, pois as

provas de carga constituem parâmetros tanto para verificar o comportamento último

quanto em serviço, de uma estrutura ou elemento estrutural.

Definido a finalidade do ensaio, inicia-se então o processo de planejamento de

todas as etapas do processo. Nesse sentido, nos casos de testes em estruturas, é

sugerida uma ampla interação entre a equipe responsável pelo teste e os engenheiros

projetistas (quando possível).

Gonçalves et al. (1993), comentando os efeitos de uma prova de carga sobre

uma ponte ferroviária reforçam essa idéia de interação e acrescentam que os

responsáveis pela operação da ponte devem fazer parte dessa interação e observam

que essa consideração é relevante, pois não são desprezíveis os custos envolvidos na

realização de uma prova de carga que, se executada sem essa interação e

planejamento, estará fadada ao insucesso.

O resultado desta interação é um modelo estrutural analítico baseado no projeto

(quando existir) ou na idealização para a qual a estrutura foi sumariamente concebida.

Esse modelo servirá como parâmetro controlador dos efeitos que as cargas produzirão


86

na estrutura durante o teste. Pois é através das respostas da estrutura que o ensaio

pode ser conduzido ou em alguns casos interrompido. Neste instante são definidos os

critérios normativos.

Assim, cálculos são feitos para uma garantia prévia de orientações antes dos

testes serem conduzidos, pois serão utilizados para estimarem a intensidade de

carregamento e o valor das deformações a serem medidas. Também podem ser usados

para julgar o procedimento esperado da prova de carga e a resposta de estrutura de

maneira esperada.

8.2 TRABALHOS PRELIMINARES AO ENSAIO

Na fase de preparação, a estrutura deve ser submetida a uma análise preliminar,

feita em primeira instância de forma visual. Esta análise deve ser convincente ao

mostrar a necessidade do teste em si, pois ela determinará em que sentido os trabalhos

devem ser conduzidos.

A norma NBR 9607 (1986) “Prova de carga em estruturas de concreto armado e

protendido”, no seu capítulo 4 “Avaliação da obra”, especifica:

“Para efetivação de uma prova de carga é necessário o conhecimento das reais

condições da obra em todos os seus aspectos, como projeto, materiais, controle

de execução e estado de conservação e utilização”.

Esse conhecimento só é possível através uma avaliação da estrutura e em

alguns casos mediante a realização de determinados ensaios. Para essas atividades é

necessário um planejamento integrado e organizado para se obter todas as

informações relevantes.


87

Uma avaliação estrutural é uma complexa interação entre dados ambientais e

estruturais, dados de inspeções visuais e dados de testes in situ e de laboratórios de

investigação. Dessa maneira, é uma atividade diferente quando comparada aos

procedimentos de projeto. Somente uma equipe orientada e coordenada por um

experiente engenheiro estrutural poderá desenvolvê-la.

Neste aspecto, reitera Palazzo (2002), que os critérios de avaliação são

diferentes para cada tipo de estrutura e, dessa forma, uma das primeiras medidas a

serem adotadas é a realização de um diagnóstico das principais causas do problema

em questão.

Para atingir os objetivos propostos, a estrutura e todas suas partes deverão ser

inspecionadas em detalhes para verificar se a construção satisfaz, pelo menos

visualmente, todas as exigências mostradas no projeto (quando houver). Atenção deve

ser dada ao estado de conservação dos materiais constituintes e se existem sinais

aparentes de deterioração desses materiais.

Após essa análise visual, é fundamental uma coleta de informações através de

uma análise documental da estrutura (em alguns casos essa etapa não pode ser feita

devido à inexistência de dados como projetos e controles de execução). Essas análises

servirão como parâmetros para se ter um conhecimento prévio do comportamento atual

da estrutura e também e para uma resposta esperada com base no modelo analítico,

durante e após a prova.

A figura 8.1 seguinte, mostra um fluxograma, sugerido durante um processo de

avaliação de uma estrutura em concreto.


88

COLETA DE

INFORMAÇÕES

PRELIMINAR

VISITA

INSPEÇÕES DE ROTINA

INSPEÇÕES VISUAL

É NECESSÁRIO

TESTES BÁSICOS

INSPEÇÃO CRITERIOSA?SIM

NÃO

COBRIMENTO, POSIÇÃO DA ARMADURAS,

DUREZA SUPERFICIAL (ESCLERÔMETRO)

Nº. DE BARRAS (PACÔMETRO)

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS:

MÓDULO DE ELASTICIDADE, RESISTIVIDADE MASSA ESPECÍFICA, TEOR DE CLORETOS,

DO CONCRETO, TEOR DE SULFATOS,PERMEABILIDADE, ETC.

RELATÓRIO

CARGAPROVA DE

FIGURA 8.1: Avaliação de uma estrutura de concreto armado

Medidas de segurança devem ser tomadas antes do início do ensaio como, por

exemplo, restrição de circulação de pessoas no local. Nos casos de testes em lajes de

edifícios, as pessoas devem deixar o prédio. Já em provas de carga em pontes ou

viadutos o tráfico, deverá ser impedido por algum tempo, sendo esse o tempo

necessário para a realização dos trabalhos.


89

8.3 INSTRUMENTAÇÃO DA ESTRUTURA E TIPOS DE CARREGAMENTOS

UTILIZADOS

Cánovas (1988) observa que, as provas de carga são, em geral, caras e

complexas e podem, inclusive, em alguns casos, ser perigosas. É por isso que é

preciso estudar muito detalhadamente toda a disposição de instrumentos, bem como

das cargas, com o objetivo de simplificar o processo o máximo possível. Da mesma

maneira, devem-se tomar medidas que impeçam o colapso estrutural no caso de

ruptura na área ensaiada.

Atenção especial deve ser dada na etapa de instalação dos instrumentos de

medidas. Muitos equipamentos exigem cuidados especiais na instalação, no caso do

uso de sensores, a superfície de fixação deve ser preparada. Já os equipamentos

mecânicos devem ser fixados na estrutura de forma nivelada.

A confiabilidade de um ensaio de prova de carga segundo Palazzo (2002) está

relacionada com a qualidade dos instrumentos utilizados, sendo, portanto necessário

que o uso de um determinado tipo de instrumento tenha sido previamente determinado

de acordo com os objetivos do ensaio e dos resultados.

Um plano geral deve ser elaborado, constando claramente seções e detalhes

dos pontos a serem instrumentados, contendo: localizações, quantidade, e instalação

detalhada de cada instrumento. As especificações devem apontar os responsáveis por

cada atividade (por exemplo, instalação, calibração, manutenção, coleção de dados, e

avaliação) e fornecer instruções detalhadas para cada atividade.

O posicionamento dos instrumentos está associado à natureza da resposta

preestabelecida para a estrutura em questão durante a aplicação das ações. Alguns

pontos críticos conforme a necessidade podem ser instrumentados completamente,

considerando que, outros pontos podem ser equipados com uma outra instrumentação

distinta.


90

Posicionados os instrumentos, os efeitos devido às variações de temperatura

ambiente e insolação devem ser observados, pois esses podem interferir nos resultados

do ensaio, tanto sobre a instrumentação quanto na estrutura, sendo nessa o

aparecimento de tensões térmicas.

Outra etapa de grande importância é o tipo de carregamento a ser utilizado no

ensaio. Cabe reiterar que, o carregamento de prova está associado à disponibilidade de

materiais e é função do tipo de elemento que se pretende ensaiar, no caso de lajes, por

exemplo, podem ser utilizados água, macacos hidráulicos, agregados ou sacos de

areia. Já no caso de pontes rodoviárias e ferroviárias rotineiramente utiliza-se veículos

próprios (ou adaptados) para esse fim.

8.4 EXECUÇÃO DO ENSAIO

Palazzo (2002), descrevendo sobre a execução de provas de carga estática,

comenta que o ensaio só é efetivado após todas as verificações e estudos necessários

ao conhecimento da concepção da estrutura, o seu comportamento teórico frente aos

carregamentos previstos para o ensaio e finalmente ao planejamento de toda logística

como os tipos, números e posicionamento dos equipamentos, equipe envolvida,

atividade envolvida por cada membro da equipe, tipo de carregamento a ser aplicado,

duração do ensaio, etapas de carregamento, controle dos resultados, verificação dos

efeitos observados, coleta e armazenamento dos dados.

Definido o tipo de carga a ser utilizada, o processo de carregamento da estrutura

deve ser feito incrementalmente, de modo a não causar impactos na estrutura. Após a

aplicação de cada incremento a estrutura deve ter seu comportamento analisado,

verificando as deformações e os deslocamentos e comparando com o modelo analítico.

Atenção deve ser dada quanto à existência de sinais de ruptura nos elementos. Essa


91

análise permite observar o aparecimento de fissuras e se a estrutura está se

comportando de modo como esperado.

O boletim 243 do CEB (1998) recomenda que a carga do teste deve ser

incrementalmente aplicada de 5 a 10 minutos, com o tempo suficiente para permitir as

medidas das deformações e deslocamentos, para esclarecer cada incremento.

Em casos de anomalias durante a fase de carregamento, essas devem ser

cuidadosamente interpretadas, se necessário descarregando a estrutura. Em alguns

casos o teste deve ser interrompido antes mesmo de se aplicar todo o carregamento, e

a estrutura deverá ser submetida a uma análise criteriosa, sendo até mesmo

interditada.

O progresso do teste deve ser conduzido de modo que uma idéia desobstruída

dos resultados obtidos possa ser facilmente determinada a qualquer instante durante o

teste, de modo que seja possível predizer o comportamento da estrutura sobre a

influência das cargas ou dos incrementos de carga planejados.

Ao se aplicar todo o carregamento, a estrutura deverá ser submetida a

avaliações e comparações dos dados coletados com a resposta esperada, baseando-se

em critérios de aceitação. Após essa etapa, passa-se então para a fase de

descarregamento, que também deve ser criteriosamente analisada através de coleta de

dados e comparação com o comportamento na fase de carregamento. As comparações

na fase de descarga permitem a verificação do comportamento elástico da estrutura.

Fitzsimons e Longinow (1975) reiteram que depois de encerrado o ensaio, a

estrutura deve ser novamente inspecionada e qualquer alteração nas condições do

comportamento global ou a presença de deformações residuais devem ser registrados.


92

A norma NBR 6118 (2003) “Projeto de estruturas de concreto - Procedimento”

observa que, quando for constatada a não conformidade final de parte ou do todo da

estrutura, deve ser escolhida uma das seguintes alternativas:

a) determinar as restrições de uso da estrutura;

b) providenciar o projeto de reforço;

c) decidir para demolição parcial ou total.

8.5 TÉRMINO DAS ATIVIDADES

Encerradas todas as atividades, deverá ser elaborado um relatório do ensaio,

contendo as informações observadas na estrutura. A NBR 9607 (1986) (Prova de carga

em estruturas de concreto armado e protendido) recomenda que o relatório deverá

constar: identificação (da estrutura, proprietário, executor do ensaio, etc.), objetivo da

prova, estado de construção da estrutura, estudo teóricos prévios, carregamento do

ensaio, aparelhos de medidas, controles efetuados durante o carregamento da

estrutura, definições das condições de utilização da estrutura e conclusão.

Desde a decisão de se executar uma prova de carga, sua execução, controle e

relatório final do ensaio, a NBR 9607 (1986), traça um fluxograma, mostrado na figura

8.2 seguinte, que pode ser utilizado como parâmetro de um breve roteiro das atividades

desenvolvidas em um ensaio de prova de carga.


93

CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA AEXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA:

- ESTUDOS TEÓRICOS PRÉVIOS- AVALIAÇÃO DA OBRA

INÍCIO

DO CARREGAMENTO

DOS APARELHOSINSTALAÇÃO E/OU AFERIÇÃO

AFERIÇÃO E/OU POSICIONAMENTO

CARREGAMENTOINCREMENTAL

EFEITOSMEDIDAS DOS

IMEDIATA DOSRESULTADOS

ANÁLISE

TEMPORÁRIA DA PROVA

DESCARREGAMENTO EINTERRUPÇÃO

DASCAUSAS

ANÁLISE

UTILIZAÇÃODA ESTRUTURA

DEFINAÇÃO DA

RELATÓRIOFINAL

IMEDIATA DOSRESULTADOS

ANÁLISE

ENSAIO TEÓRICA

DESCARREGAMENTO

FINAL

PARCIAL

LIBERADO DÚVIDA

ESTRUTURA

NÃO LIBERADO

FIGURA 8.2: Fluxograma das atividades de controle de uma prova de carga

FONTE: NBR 9607 (1986)

CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO

95


O relato de casos tem um grande significado para a literatura de engenharia, por

apresentar aspectos importantes do conhecimento que são utilizados na prática. Neste

capítulo são apresentados dois exemplos de aplicação de provas de carga, mostrando

todos os procedimentos e critérios adotados.

9.1 PRIMEIRO ENSAIO

O primeiro ensaio foi executado pelo Profº. Dr. Armando Moreno Lopes Júnior,

foi realizado em painel de lajes maciças em concreto armado. O painel, em que se

realizou o teste, corresponde ao nível intermediário de uma edificação industrial, como

mostrado na figura 9.1. O ambiente inferior ao painel era ocupado por laboratórios da

indústria e em seu ambiente superior encontravam-se depositados materiais utilizados

na produção da Indústria em questão.

FIGURA 9.1 Vistas dos pavimentos inferior e superior do painel de lajes a ser analisado

O pavimento em questão não possuía projeto estrutural, ou seja, não possuía

especificações das dimensões dos elementos estruturais, detalhamento de suas


96

armaduras, resistências do concreto e dos aços empregados durante a execução do

painel e, também, era desconhecido o tipo de fundação empregado na obra.

O "Iayout" da fábrica passou por constantes modificações. A região superior do

painel, estava sendo utilizada para depósito de material da fábrica, sempre foi uma

incógnita na elaboração de qualquer "Iayout", uma vez que especificações quanto ao

carregamento limite permitido à região não existiam.

Desta maneira, a prova de carga em questão foi executada com o objetivo de

determinar o máximo carregamento uniformemente distribuído que o pavimento

analisado poderia ser submetido, com segurança.

Antes de submetido à prova de carga, encontrava-se atuando no painel um

carregamento correspondente a, aproximadamente, 300 kgf/m2 , referente ao estoque

de matéria prima da indústria. Por todo o painel empilhadeiras, cuja carga total (peso da

empilhadeira + carga de transporte) podia alcançar os 4.700 kgf, com livre

movimentação.

A figura 9.2 ilustra a disposição, em planta, dos elementos estruturais

constituintes do painel. Pilares, vigas e lajes em concreto armado do painel analisado

são ilustrados nesta figura.


97

FIGURA 9.2 Disposição, em planta, da estrutura do painel em análise

9.1.1 Considerações Preliminares

Analisando-se a disposição dos elementos estruturais do painel, ilustrada na

figura 9.2, notou-se uma conveniente simetria. Esta simetria foi aproveitada na definição

de uma região do painel que, uma vez submetida à prova de carga, pudesse

representar o comportamento do painel como um todo, ou seja, os resultados da prova

de carga desta região pudessem ser tomados como representativos do comportamento

geral do painel. A região indicada na figura 9.3, foi então, tomada como região

representativa do painel; levando-se em consideração a simetria existente.


98

FIGURA 9.3 Região representativa do painel – região de carga

9.1.2 Fases da Prova de Carga

Os trabalhos relativos à prova de carga do painel de lajes em concreto armado

da edificação industrial, foram divididos em fases específicas, relacionadas a seguir.

� Trabalhos de Inspeção: onde os elementos estruturais do painel foram

caracterizados em relação às dimensões e bitolas e disposição das armaduras

longitudinais e transversais;

� Instrumentação: onde pontos escolhidos dos elementos estruturais foram

instrumentados de maneira a se obter, basicamente, valores relativos às

deformações nas armaduras e no concreto e deslocamentos verticais (flechas), em

função da carga aplicada;

� Ensaios de Caracterização: onde características mecânicas dos materiais

envolvidos (concreto e aço) foram obtidas;

� Carregamento: onde a região escolhida foi carregada; com incrementos de carga

e posição do carregamento controlados.

De maneira a se monitorar a variação das deformações nas armaduras dos

elementos estruturais, com a evolução do carregamento na região representativa do

painel, as armaduras longitudinais e/ou transversais destes elementos foram


99

instrumentadas com extensômetros elétricos de resistência. Os pontos de

instrumentação escolhidos foram:

Quadro 9.1: Pontos de instrumentação

Ponto de medida das deformações com a evolução do carregamento

Localização dos instrumentos de medida

V1 (meio do vão do primeiro tramo.) na armadura longitudinal da VIGA 2 (primeira das 3 barras de 16.0 mm);

V2 (meio do vão do primeiro tramo) na armadura longitudinal da VIGA 2 (segunda das 3 barras de 16.0 mm)

V3 (meio do vão do primeiro tramo) na armadura longitudinal da VIGA 2 (terceira das 3 barras de 16.0 mm)

V4 (meio do vão do segundo tramo) na armadura longitudinal da VIGA 2 (primeira das 3 barras de 16.0 mm)

V5 (meio do vão do segundo tramo) na armadura longitudinal da VIGA 2 (segunda das 3 barras de 16.0 mm)

V6 (meio do vão do segundo tramo) na armadura longitudinal da VIGA 1 (primeira das 3 barras de 16.0 mm);

V7 (meio do vão do segundo tramo) na armadura longitudinal da VIGA 1 (segunda das 3 barras de 16.0 mm)

L1 na armadura longitudinal da LAJE 2 ( barra de 6.3 mm - direção xx )

L2 na armadura longitudinal da LAJE 2 ( barra de 10.0 mm - direção yy)

L3 na armadura longitudinal da LAJE 1 ( barra de 6.3 mm - direção xx)

L4 na armadura longitudinal da LAJE 1 ( barra de 10.0 mm - direção yy)

P1 na armadura longitudinal do PILAR 1 (primeira das 4 barras de 12.5 mm)

P2 na armadura longitudinal do PILAR 1 (segunda das 4 barras de 12.5 mm)

P3 na armadura transversal (estribos) do PILAR 1 (barras de 6.3 mm a cada 20 cm)

As figuras 9.4 e 9.5 mostram detalhes da instrumentação.

(A) (B) FIGURA 9.4 (A) Instrumentação da laje 01 (deformação nas armaduras longitudinal e transversal).

(B) Instrumentação da viga V2 (deformação nas armaduras longitudinais)


100

FIGURA 9.5 Instrumentação das armaduras do pilar central (recuperação após a instrumentação)

De maneira a ser observada a variação das deformações no concreto das vigas

e do pilar com a evolução do carregamento na região do painel, o banzo comprimido

das vigas e o pilar, na região de apoio das vigas, foram instrumentados com

extensômetros elétricos de resistência. Os pontos de instrumentação escolhidos foram:

Quadro 9.2: Pontos de instrumentação Ponto de medida das deformações com a evolução do

carregamento Localização dos instrumentos de medida

V11 (no banzo comprimido) na região do meio do vão do primeiro tramo da VIGA 2 - face esquerda

V13 (no banzo comprimido) na região do meio do vão do primeiro tramo da VIGA 2 - face direita;

P11 no PILAR 1 - posicionado no encontro do primeiro tramo da VIGA 1 com o pilar;

P12 no PILAR 1 - posicionado no encontro do segundo tramo da VIGA 2 com o pilar;

P13 no PILAR 1 - posicionado no encontro do segundo tramo da VIGA 1 com o pilar;

P14 no PILAR 1 - posicionado no encontro do primeiro da VIGA 2 com o pilar.

De maneira a ser observada a variação dos deslocamentos verticais das vigas e

das lajes e o recalque do pilar interno, com a evolução do carregamento na região

representativa do painel, foram instalados defletômetros mecânicos na face inferior das

vigas e das lajes e na região de apoio das vigas com o pilar interno. Os pontos de

instrumentação escolhidos foram:


101

Quadro 9.3: Pontos de instrumentação Ponto de medida dos deslocamentos verticais Localização dos instrumentos de medida

RL01 no meio da LAJE 01 RL02 no meio da LAJE 02 RV01 no meio do vão do segundo tramo da VIGA 1 RV02 no meio do vão do primeiro tramo da VIGA 2

RV02B no meio do vão do segundo tramo da VIGA 2 RP1 na região de apoio do primeiro tramo da VIGA

1 com o PILAR 1 RP2 na região de apoio do primeiro tramo da VIGA

2 com o PILAR 1

A figura 9.6 mostra a instrumentação do pilar com o defletômetro mecânicos para

determinação da evolução dos deslocamentos verticais com o carregamento do painel.

FIGURA 9.6 Instrumentação do pilar (recalque da fundação)

9.1.3 Execução do Ensaio

O painel foi carregado com sacos de areia de 50 kgf, dispostos de maneira que o

carregamento em cada metro quadrado das lajes do painel fosse conhecido. Dessa

forma, o carregamento da região representativa do painel, a ser posta à prova, foi

dividido em etapas.

A primeira etapa constava no carregamento da laje 2, a etapa seguinte

correspondia ao carregamento da laje 1 mais o a laje 2. A etapa 3 correspondia a carga

total do painel. Já na quarta etapa, duas das maiores empilhadeiras da fábrica, com

carga total de aproximadamente 4.700kg cada uma, foram colocadas em movimento

sobre a região analisada. A figura 9.7 mostra as etapas 2 e 4.


102

(A) (B)

FIGURA 9.7 (A) Carregamento das lajes L01 e L02. (B) Movimentação das empilhadeiras sobre o painel

Em cada uma das etapas a região foi carregada, em incrementos de carga

controlados, até um valor máximo de carga correspondente a 70% da deformação de

início de escoamento de alguma das armaduras instrumentadas e, então,

descarregada.

No caso das lajes e do pilar a deformação máxima, de interrupção de carga, foi

tomada como 0,14% , ou seja, 70% da deformação de início de escoamento da

armadura do pilar, tomada, por segurança, como 0,203%.

No caso das vigas, a deformação máxima, de interrupção de carga, foi tomada

como 0,075% , ou seja, metade da deformação máxima (0,14%) adotada para as

barras de 16.0 mm das vigas, uma vez que estas deformações estavam sendo tomadas

em região de momento positivo máximo na viga (correspondente, aproximadamente, a

metade do valor do máximo momento negativo que ocorreria na viga, na região sobre o

apoio do pilar interno).

A deformação nas armaduras foi limitada a 70% da deformação correspondente

ao início de escoamento da armadura respectiva. Este procedimento foi adotado de

maneira a se prevenir eventuais deformações residuais nestas armaduras ao final de

cada etapa de carga.


103

Ao final de cada incremento de carga, de cada etapa realizada, as leituras de

deformação nas armaduras, de deformação no concreto e de deslocamentos verticais

eram anotadas, avaliando a capacidade de cada elemento estrutural e observando a

ocorrência de fissuras. Durante qualquer das etapas de carga previstas nenhuma

destas fissuras foi observada.

9.1.4 Resultados e Conclusão

Com base nos resultados obtidos durante o ensaio, pôde-se concluir que o

carregamento limite a ser aplicado ao painel estará condicionado à deformação limite

nas armaduras longitudinais das vigas. Pois, dos elementos estruturais analisados -

lajes, vigas, pilar e bloco de fundação, foi a viga que mostrou a menor capacidade

resistente, no caso, à flexão.

Foi a armadura longitudinal da VIGA 02 a primeira a alcançar a deformação

máxima estipulada (0,075%) para interrupção de carga na região representativa do

painel. Este fato se repetiu para as três etapas de carga, ETAPA 1, ETAPA 2 e ETAPA

3.

Pôde-se observar que a evolução das deformações nas armaduras longitudinais

da VIGA 02, com o carregamento na região representativa do painel, correspondentes

às ETAPAS 2 e 3 de carga foram muito semelhantes e apresentaram uma maior

deformação, para um mesmo valor de carregamento, do que a deformação

apresentada pela ETAPA 1. Como o objetivo da prova de carga era a definição de um

carregamento limite para o painel em função de uma deformação limite estabelecida, a

figura 9.8 será utilizada para determinação deste carregamento limite, ou seja, do

carregamento distribuído máximo que pode ser aplicado ao painel analisado, com

segurança.


104

FIGURA 9.8 Deformação na armadura

A deformação limite para a armadura longitudinal das vigas foi tomada como

0,075% , ou seja, metade da deformação máxima (0,14%) adotada para as barras de

16.0 mm das vigas, uma vez que estas deformações estavam sendo tomadas em

região de momento positivo máximo na viga (correspondente, aproximadamente, a

metade do valor do máximo momento negativo que ocorreria na viga, na região sobre o

apoio do pilar interno). No caso em questão a deformação foi tomada como 0,101 %.

Descontado desta deformação limite, a máxima deformação obtida para a

armadura longitudinal referente à ETAPA 4 de carregamento do painel, ou seja,

referente ao efeito das empilhadeiras carregadas, pôde ser tomada como 0,023%,

obtendo uma deformação limite máxima, para a armadura longitudinal de 0,078%.

A esta deformação de 0,078% corresponde um carregamento distribuído de 950

kgf/m2. Este carregamento máximo é representativo de uma situação de ruptura do

painel, ou seja, uma vez submetida a este carregamento a estrutura pode ser

danificada.


105

De acordo com os procedimentos atuais de dimensionamento de estruturas em

concreto armado, o carregamento de ruptura, ou de dimensionamento, seria o

carregamento atuante majorado do coeficiente de majoração dos esforços, ou seja, 1,4.

Desta maneira, tem-se como carregamento máximo permitido, com segurança,

no painel analisado, o valor de 950/1.4, ou seja 650 kgf/m. Este carregamento máximo

permitido no painel foi limitado, principalmente, pela resistência à flexão das vigas.

Carregamentos superiores ao sugerido seriam possíveis desde que sejam tomadas

providências relativas ao reforço dos elementos estruturais do painel - vigas e pilares - e

relativas ao reforço das fundações.

Na definição do carregamento limite, a ETAPA 4 de carga, correspondente à

carga das empilhadeiras sobre o painel, teve marcada influência. O valor limite

estabelecido poderia ser aumentado na possibilidade de não atuação do carregamento

proveniente das empilhadeiras sobre o painel ou, por outro lado, reduzido na

possibilidade de atuação de empilhadeiras com capacidade de cargas superiores

aquelas que foram consideradas.


106

9.2 SEGUNDO ENSAIO

O segundo ensaio foi executado pelo Engº. Daniel Rodrigues Palazzo, onde foi

testada uma ponte no complexo industrial da Refinaria de Petróleo Getúlio Vargas —

RFPAR, a qual tinha a necessidade de obter resultados quanto ao comportamento em

serviço (limites de servicibilidade e de ruptura). Além disso, o executor tinha o objetivo

de comparar os resultados da prova de carga através de nivelamento geométrico (com

o uso do nível de precisão) e do nivelamento trigonométrico (com a utilização de

estação total).

9.2.1 Considerações Preliminares

A ponte (pontilhão) foi construída em 1974 para veículos que, pelas normas da

época (NB6, 1960), situavam-se na classe 36, ou seja, tinham peso total 36 tf. Desde

então, houve um significativo aumento no peso dos veículos que trafegam dentro da

empresa, existindo atualmente veículos que chegam a ter um peso total de 60 tf, sem

que houvesse nesses 28 anos uma avaliação do comportamento estrutural da estrutura

para os novos carregamentos. As figuras 9.9 e 9.10, seguintes, mostram a geometria

detalhada (planta de fôrmas, cortes e detalhamento das lajes) da ponte.

(A) (B)

(C)

Figura 9.9: (A) Vista em planta da ponte. (B) Corte transversal da ponte. (C) Corte longitudinal da ponte.

Fonte: Projeto executivo


107

Figura 9.10: Lajes da ponte

Fonte: Projeto executivo

As características geométricas da estrutura são mostradas na quadro 9.4

seguinte:

Quadro 9.4: Características geométricas da ponte

Número de vãos Comprimento do

vão

Comprimento

total

Largura total Largura útil

2 3,05m 6,10m 7,50m 7m

Fundação Apoios Centrais Apoios Extremos

Direta com radier rígido Cortina Cortina

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DAS LAJES

Lajes das Bordas Lajes Centrais

Espessura Largura Comprimento Espessura Largura Comprimento

30 cm 124 cm 304 cm 35 cm 99 cm 304 cm

Na vistoria preliminar foi observado que a estrutura apresentava corrosão nas

armaduras, trincas inclinadas na totalidade dos dentes de contenção das lajes, concreto

com vazios e armaduras expostas, também havia nas lajes, desgastes superficiais por

abrasão.


108

Após a vistoria preliminar foi realizada uma inspeção visual a qual constatou que

estas patologias não eram tão severas, o que possibilitaria a realização do ensaio.

9.2.2 Execução do Ensaio

Para controle dos deslocamentos foram escolhidos o nível topográfico de

precisão e a estação total. Foi construído um pilar de centragem forçada (bench-mark)

para instalação da estação, devido à localização do pilar junto à ponte, pois este estaria

melhor situado para a visualização dos alvos refletores. Já os níveis foram instalados

em um tripé. A figura 9.11 mostra o pilar de centragem forçada.

Figura 9.11: Pilar de centragem

Fonte: Palazzo (2002)

Foram colados alvos impressos em papel auto-adesivo em ripas de madeira em

uma altura que fosse possível a pontaria em relação ao horizonte do nível e fixados no

guarda-corpo da ponte. Dois refletores para a estação total foram fixados aos guarda-

corpos da ponte, sendo estes colocados no segundo pórtico, um de cada lado. Outro

refletor foi colocado em um bi-pé, de maneira que pudesse ser movimentado para todos

os pontos marcados para observação que se encontravam em cima das placas de

lajes. As fig.9.12 e 9.13 mostram a instalação dos aparelhos e seus alvos.


109

Figura 9.12. Alvos auto-adesivos


Figura 9.13. Refletor instalado


A localização dos pontos observados e sua identificação estão mostradas na

figura 9.14. Onde se pode ver que além do posicionamento do nível e da estação para

realização das leituras. Os pontos 01D a 04D e 01E e 04E representam os pontos

observados pelo nível. Os pontos P1 a P11 representam os pontos monitorados pela

estação total, além dos pontos R1 e R2 que representam os refletores fixos.


110

Figura 9.14: Posicionamento dos aparelhos e pontos de observados


O carregamento utilizado no ensaio foi um caminhão do corpo de bombeiros

carregado com água totalizando uma carga de 161KN. O caminhão seguiu uma

seqüência de posicionamento que inclui as duas laterais da ponte, além de centro da

mesma, ou seja, o caminhão foi posicionado nos pontos determinados para as devidas

observações dos alvos, primeiramente em uma lateral, em seguida ele seguiu uma

trajetória no sentido do eixo longitudinal ao centro da ponte e logo em seguida ele

passou a ser posicionado na outra lateral da ponte, porém nesta fase utilizou-se o eixo

traseiro que é mais pesado como principal, ou aquele que era posicionado em cima do

ponto determinado, ao invés do eixo dianteiro como havia sido nas seqüências

anteriores, podendo assim avaliar se haveria uma mudança nos deslocamentos

observados, ou seja, deslocamentos maiores nas placas devido ao diferencial de carga.

Após a passagem da carga, foi observado se haveria deformação residual.

A figura 9.15 ilustra as posições em que o caminhão parou. Os quadrados

hachurados representam a projeção dos pneus sobre a ponte. Na primeira posição o

eixo da frente foi colocado em cima da cortina e todos os alvos foram lidos. Apenas nas

posições 4 a 8 é que os dois eixos estiveram sobre a ponte enquanto o caminhão se


111

colocava sobre ela primeiramente com o eixo dianteiro. A partir da posição 9 o

caminhão foi posicionado pelo eixo traseiro, fazendo com que apenas nas posições 9 e

10 os dois eixos estivessem presentes sobre a ponte.

Figura 9.15: Posições em que o caminhão parou sobre a ponte



112

9.2.3 Resultados e Conclusão

Conforme (Stramandinoli, 1997 apud Palazzo (2002)) a deformação máxima para

a análise estática linear nas lajes da ponte pode ser definida por:

)43(4812

223

yLPy

fhE

yymáx

c −=

fymáx=deformação máxima da laje;

P=carga da metade do eixo traseiro;

E=módulo de elasticidade secante do concreto;

h=espessura da laje;

Lx comprimento da laje na direção do eixo X;

Ly comprimento da laje na direção do eixo Y;

y= distância do bordo paralelo ao eixo X até a carga P.

Os cálculos do ensaio foram feitos segundo a norma de concreto NBR 6118

(1980), dessa maneira:

3566009,0 +•= fckEc em MPa

Tomando-se os dados de projeto e o peso aferido do caminhão, tem-se:

h=30cm, P=52,35 kN, Ly=304cm, Lx=99cm, fck=1,5kN/cm2, Ec=2555kN/cm2

Portanto a deformação máxima no meio do vão vale:

fymáx=0,054cm = 0,54mm.

Com o nivelamento geométrico foram obtidos os deslocamentos verticais em

cada alvo alocados sobre as lajes de borda da ponte P-C e fixados aos guarda-corpos

da mesma. Os pontos monitorados foram denominados de 01D a 04D, para aqueles

que foram colocados do lado direito da ponte, tomando como referência para chamar

de lado direito ou esquerdo o ponto e o sentido de observação dos instrumentos, e de

01E a 04E aqueles que foram colocados ao lado esquerdo da ponte.


113

As tabelas 9.1 e 9.2 apresentam os valores, obtidos pelo nível durante a prova

de carga.

TABELA 9.1: Valores fornecidos pelo nível durante a prova de carga

NOTA: a) medidas em milímetros

b) (1) ponte sem carga antes da entrada do caminhão;

c) (2) ponte sem carga após a saída do caminhão;

d) os valores nulos representam os pontos onde não foi possível fazer a medição pela

falta de visibilidade devido a presença do caminhão em frente ao alvo.

TABELA 9.2: Valores de deslocamentos verticais relativos sem carga

NOTA: a) medidas em milímetros

b) (1) ponte sem carga antes da entrada do caminhão;

c) (2) ponte sem carga após a saída do caminhão;

d) os valores nulos representam os pontos onde não foi possível fazer a medição pela

falta de visibilidade devido a presença do caminhão em frente ao alvo.


114

Analisando os resultados obtidos pode ser observado que não existe um

comportamento de deslocamento definido, seguindo um padrão de acordo com o

posicionamento do caminhão. Os deslocamentos são aleatórios, porém deve-se

observar que a maioria dos pontos teve deslocamentos entre +10mm e -10mm. Alguns

poucos pontos tiveram picos de deslocamento que não ultrapassaram 0,30mm para

cima ou para baixo. Apenas o ponto P01D apresentou um deslocamento acima de

0,30mm. Quando o caminhão estava na posição 10 houve um deslocamento de

0,47mm. Todos eles ficaram abaixo do deslocamento máximo teórico determinado, ou

seja, 0,54mm.

Os valores obtidos pela estação total são mostrados na figura 9.16 a 9.18, com

os gráficos feitos a partir dos valores anotados:

Figura 9.16: Deslocamentos obtidos pela estação total



115




116



Analisando os gráficos apresentados nas figuras 9.16 a 9.18 pode-se verificar

que em todos eles existe pelo menos um ponto no qual o deslocamento obtido em

campo é maior ou igual ao valor do deslocamento máximo teórico. Nos pontos R1, P01,


117

P03, P04, P05 e P09 os valores dos deslocamentos são muito maiores que o

deslocamento máximo teórico, chegando a valores, como por exemplo, nos pontos P04

a -17,0mm e P09 a -187,33mm. Esses valores representam, respectivamente, 31 a 101

vezes mais que o deslocamento teórico. Este fato pode ser explicado apenas por um

erro de leitura ou de anotação dos valores dos ângulos ou das medidas de distância,

fornecidas pela estação total, pois todos os cálculos foram refeitos mais de uma vez

para a verificação de que esses valores não sofreram uma modificação grosseira nas

diversas transformações de ângulos ou de unidades. Além disso, foi possível analisar

os valores anotados em campo e verificar que no ponto P09, em que o ponto foi

monitorado após a saída do caminhão, o ângulo vertical apresenta uma diferença de

0,0174 rad, ou seja 0,99695º (aproximadamente 1º), o que significa uma diferença no

deslocamento de 187,27mm. Caso o ângulo desta posição do caminhão fosse o mesmo

que das posições anteriores, o valor do deslocamento seria 0,06mm e não -187,33mm.

Isso mostra que o erro realmente foi de leitura ou anotação.

Comparando os ambos os resultados pôde-se verificar que existe uma grande

diferença nos valores dos deslocamentos, sendo que aqueles obtidos por meio do

nivelamento geométrico estão abaixo do valor máximo calculado e os obtidos por meio

do nivelamento trigonométrico estão muito acima deste valor, mostrando que apesar de

não se verificar um comportamento, em relação aos deslocamentos, uniforme e de

acordo com o caminhamento da carga na ponte, qualitativamente os resultados do

monitoramento dos pontos utilizando-se o nível de precisão são muito superiores

aqueles do resultado do monitoramento com a estação total. Além disso, o

monitoramento com o nível atingiu uma precisão adequada aos resultados esperados,

enquanto que o monitoramento com a estação ficou muito aquém do que se previa.


118

9.3 AVALIAÇÃO DOS ENSAIOS COM BASE NAS NORMAS E RECOMENDAÇÕES

9.3.1 Recomendação para uma Prova de Carga

No que diz respeito à recomendação para uma prova de carga, ambos os

ensaios seguiram as prescrições dos documentos analisados em que são

recomendados uma prova de carga: quando existem de alterações das condições de

utilização da estrutura, existem dúvidas em relação à segurança de partes ou da

estrutura completa, sempre que se necessite obter conhecimento do atual

comportamento de parte ou de uma estrutura completa, quando carregada, como meio

de avaliação da segurança estrutural. Estas prescrições encontram-se nas normas

brasileira, americana, recomendações espanhola e européia. Exceto na norma

australiana.

É bom destacar que destas normas citadas apenas a norma brasileira faz uma

observação quanto a uma avaliação da estrutura, antes de se realizar a prova de carga.

Esse fato aconteceu em ambos os ensaios. Os trabalhos anteriores ao ensaio foram de

avaliação prévia da estrutura, conforme recomenda a norma brasileira NBR 6706

(1986). Apenas essa norma menciona avaliação prévia.

9.3.2 Intensidade do Carregamento de Prova

Neste aspecto, houve uma diferença entre os ensaios. No primeiro ensaio não

havia projeto, dessa forma, fica impossível analisar o percentual de carga do teste em

relação à carga de projeto. Já no segundo ensaio, apenas especificou que a carga era

de 161 kN. A estrutura tinha projeto, mas não foi mencionado o percentual desta carga

em relação a carga de projeto.


119

9.3.3 Forma de Aplicação do Carregamento

Um aspecto a ser mencionado é o parcelamento das cargas, como prescritos

nos documentos normativos, exceto na norma australiana, todavia esta recomenda a

aplicação da carga de forma gradual e sem impactos na estrutura.

No primeiro ensaio o carregamento foi utilizado de forma incremental, já no

segundo o fato também ocorreu, pois o caminhão ia avançando por partes.

9.3.4 Critérios de Aceitação

A comprovação efetiva do comportamento da estrutura sob carga, estabelecido

em função da concordância entre os valores de deslocamentos medidos e os

calculados e respeitando os limites previamente estabelecidos para as deformações

residuais e fissuração, ocorreram em ambos os ensaios.

Não houve ocorrência de deslocamentos excessivos nem de fissuração que

comprometesse a durabilidade ou segurança das estruturas testadas. Mesmo com o

erro de leitura do segundo ensaio, os resultados obtidos com o nível mostraram o bom

comportamento da estrutura.

CAPÍTULO 10 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

121


Tem sido verificado em várias nações, incluindo o Brasil, uma degradação das

estruturas de concreto armado, devido ao envelhecimento e/ou por razões associadas à

mudança de uso inicialmente previsto. Mas percebe-se também que muitas dessas

estruturas podem ser reutilizadas mediante uma avaliação estrutural.

Um ensaio de prova de carga é o teste mais indicado quando existem dúvidas

sobre o comportamento estrutural, além de mais eficiente no caso da estrutura ter sido

acometida de um sinistro ou ser posta em um outro uso para o qual não foi projetada.

Este ensaio permite analisar o comportamento da estrutura em serviço e também

estimar ações futuras a serem tomadas em eventuais medidas de reparo.

Além de ser um importante método de avaliação de uma estrutura, uma prova de

carga não se limita aos resultados obtidos durante os ensaios, mas também constituem

uma importante fonte de conhecimentos para o desenvolvimento das técnicas de

cálculo de estruturas, bem como para propostas de normalização.

Através da análise das normas e recomendações foi possível verificar que os

aspectos normativos podem variar de documento a documento e, também a

profundidade com que certos parâmetros específicos são abordados, pode ser diferente

de uma norma para outra.

O ensaio de prova de carga é de elevada complexidade, tanto na sua realização

quanto na avaliação dos resultados obtidos. Tanto é verdade, que somente

profissionais experientes aventuram-se neste ramo da engenharia de estruturas.


122

Embora constituam uma grande ferramenta para avaliação experimental das

estruturas, um ensaio para ser eficiente e seguro, deve ser executado dentro de

padrões e especificações normativas.

A complexidade é tamanha que a padronização de sua aplicação e de avaliação

dos resultados é tarefa árdua. Na maioria das vezes, as normas transferem esta

incumbência para o profissional responsável pela sua execução.

Desta forma, tentando prestar grande serviço à comunidade técnico/científica da

área, este trabalho apresentou os principais procedimentos de aplicação e avaliação

dos resultados do ensaio conhecido como “prova de carga”, especificados por vários

códigos normativos nacionais e internacionais.

Acredita-se que, desta maneira, os profissionais da área possam, ao menos,

avaliar resultados de uma prova de carga tendo como base os vários procedimentos

aqui apresentados, pois, mediante a análise na bibliografia sobre o tema, esse trabalho

também permitiu elaborar o capítulo “Execução de um Prova de Carga Estática”, que

serve como um roteiro a ser seguido durante um ensaio de prova de carga.

CAPÍTULO 11 – PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS

123

CAPÍTULO 11 – PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS

Expõem-se duas sugestões para desenvolvimento de trabalhos futuros. A

primeira está relacionada ao desenvolvido desta dissertação, objetivando complementá-

la e expandí-la. A segunda indica a necessidade de novas pesquisas acerca da prova

de carga dinâmica em estruturas de concreto.

Este trabalho mostrou as definições, aplicações e os critérios mais importantes

que devem ser considerados em um ensaio de prova de carga estática. Mencionou

também aspectos relacionados aos carregamentos e sobre instrumentação. Tendo em

vista o rápido desenvolvimento que a engenharia estrutural tem experimentado nos

últimos anos, sobretudo do ponto de vista de aquisição de dados, considera-se

relevante pesquisar sobre novos tipos de instrumentos de medida disponíveis no

mercado.

Um ensaio de prova de carga estática pode fornecer valiosas informações sobre

o comportamento de uma estrutura. Entretanto, algumas estruturas como: fundações de

máquinas, passarelas, pontes, barragens, ginásios esportivos, salões de danças e

academias, etc., apresentam certos esforços adicionais devido ao comportamento

dinâmico quando submetidas a fontes de vibrações, que se mostram insuficientes de

avaliação apenas por análises ou ensaios estáticos.

Como esta dissertação se limitou a descrever sobre ensaios estáticos, considera-

se relevante que novos trabalhos sejam feitos no sentido de pesquisar sobre as

características dinâmicas, tanto do ponto de vista normativo, quanto do ponto de vista

experimental.

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