Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
iii
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
Figura 9.17: Deslocamentos obtidos pela estação total. Fonte: Palazzo (2002)..........115
Figura 9.18: Deslocamentos obtidos pela estação total. Fonte: Palazzo (2002)..........116
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
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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.
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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
FONTE: Timoshenko (1953)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
FONTE: Timoshenko (1953)
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
(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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
16
FIGURA 3.6 Foto geral da ponte de Lindóia.
FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)
FIGURA 3.7 Rolos compressores utilizados como carga de prova na ponte de Lindóia.
FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
17
FIGURA 3.8. Carga máxima colocada no meio do vão, utilizando sacos de areia.
FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)
FIGURA 3.9 Descarregamento do meio do vão.
FONTE: Esses (1993 apud Palazzo 2002)
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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;
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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
FONTE: Félix et al. (2003)
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
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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,
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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.
CAPÍTULO 3 – PROVA DE CARGA EM ESTRUTURAS
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)
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
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.
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
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.
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
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)
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
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)
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
34
FIGURA 4.6 Macacos hidráulicos instalados
FONTE: Mettemeyer e Nanni (1999)
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.
CAPÍTULO 4 – CARREGAMENTO DE PROVA
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:
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
45
FIGURA 5.6: Extensômetro de fibra ótica aplicado à superfície
FONTE: Félix et al. (2003)
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
FONTE: Félix et al. (2003)
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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)
FONTE: Mettemeyer e Nanni (1999)
FIGURA 5.9: LVDTs montados em tripés de alumínio
FONTE: Mettemeyer e Nanni (1999)
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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).
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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)
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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
FONTE: Starret (2004)
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
50
FIGURA 5.13: Suporte do defletômetro
FONTE: Starret (2004)
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
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
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.
CAPÍTULO 5 – INSTRUMENTAÇÃO
53
FIGURA 5.17: Nível Digital
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
55
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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.
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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;
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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
CAPÍTULO 6 – CRITÉRIOS DE CONTROLE
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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(
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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 =
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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,
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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(
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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(
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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;
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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(
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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,
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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.
CAPÍTULO 7 – ASPECTOS NORMATIVOS
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
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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.
CAPÍTULO 8 – EXECUÇÃO DE UMA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
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)
94
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
95
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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)
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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:
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
109
Figura 9.12. Alvos auto-adesivos
Fonte: Palazzo (2002)
Figura 9.13. Refletor instalado
Fonte: Palazzo (2002)
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
110
Figura 9.14: Posicionamento dos aparelhos e pontos de observados
Fonte: Palazzo (2002)
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
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
Fonte: Palazzo (2002)
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
Fonte: Palazzo (2002)
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
115
Figura 9.17: Deslocamentos obtidos pela estação total
Fonte: Palazzo (2002)
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
116
Figura 9.18: Deslocamentos obtidos pela estação total
Fonte: Palazzo (2002)
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,
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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.
CAPÍTULO 9 – ESTUDO DE CASO
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
CAPÍTULO 10 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
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.
CAPÍTULO 10 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
125
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, P.A.O. Introdução à extensometria elétrica de resistência. São Paulo. Notas de aula – EPUSP, (1996).
ALMEIDA, P.A.O. Transdutores para medida de deslocamentos lineares. São Paulo. Notas de aula – EPUSP, (2004).
AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI – 318 Building code requirements for structural concrete and commentary. Farmington Hills, Michigan, (2002).
ANDRADE, M. C. P. Manual para diagnóstico de obras deterioradas por corrosão de armaduras. Tradução e adaptação: Antonio Carmona e Paulo Helene. São Paulo: Pini, (1992).
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9607 - Concreto endurecido – prova de carga em estruturas de concreto armado e protendido. Rio de Janeiro, (1986).
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 - Projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, (2003).
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14931 – Execução de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, (2004).
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas – procedimento. Rio de Janeiro, (2003).
AUSTRALIAN STANDARD. AS 3600 – Concrete structures. Sydney, (2001).
BARES, R. FITZSIMONS, N. Load tests of buildings structures. Journal of the Structural Division, ASCE, vol. 101, No. ST5, May, pp. 1111-1123, (1975).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
126
BURDET, O. Load testing and monitoring of Swiss bridges. CEB Information Bulletin, n.9, Safety and Performance Conc ts, Lausanne, (1993).
BYLE, K.,A.; BURNS, N., H.; CARRASQUILLO, R., L. Time-dependent deformation behavior of prestressed high performance concrete bridge beams Center for Transportation Research Bureau of Engineering Research the University of Texas at Austin, (1997). Disponível em < www.utexas.edu/research/ctr/pdf_reports/580_6.pdf > Acesso em 01 de abril 2006.
CÁNOVAS, M.F. Patologia e terapia do concreto armado. São Paulo, (1988).
CASADEI, P., PARRETTI, R., NANI, A., HEINZE T. In-situ load testing of parking garage rc slabs: comparison between 24-hour and cyclic load testing. University of Missouri – Rolla, Missouri, (2003). Disponível em < http://campus.umr.edu/rb2c/publications/journal/2004/casa3.pdf > Acesso em: 20 de ago. 2004.
COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON. Strategies for testing and assessment of concrete structures. Bulletin d’Information, n. 243, (1998).
DALLY, J.W.; RILLEY, W.F. Experimental Stress Analysis. Tokyo, McGraw-Hill Kogakusha, (1991).
DOEBELIN, E.O. Measurement systems - applications and design, New York, McGraw-Hill, (1990).
FABER, M. H.; VAL, D. V.; STEWART, M. G. Prof load testing for bridge assessment and upgrading. Engineering Structures, n. 22, p. 1677-1689, (2000).
FÉLIX, C.; PIMENTEL, M., FARIA, R.; FIGUEIRAS, J. A. Monitorização do comportamento do viaduto sobre a VCI durante o ensaio de carga. V Simpósio EPUSP sobre estruturas de concreto, São Paulo, (2003).
FITZSIMONS, N.; LONGINOW, A. Guidance for load tests of buildings. Journal of the Structural Division, ASCE, vol. 103, No. ST7, July, pp. 1367-1380, (1975).
FUJINO. Y.; LIND, N.C. Proof-load factors and reliability. Journal of the Structural Division, ASCE, vol. 103, No. ST4, April, pp. 853-870, (1977).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
127
FUSCO, P.B. A investigação experimental de estruturas. São Paulo, EPUSP (BT/PEF-9616), (1986).
GONÇALVES, R.M.; TAKEYA, T.; NIMIR, W.A. Prova de carga e aspectos gerais da recuperação de uma ponte ferroviária da rede Ferroviária Federal – Brasil. Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural. Vol.3 novembro, pp.349-357, Montevidéo, (1993).
HALL, W. B.; TSAI, M. Load testing, structural reliability and test evaluation. Structural Safety, Elsevier Science Publishers, v.6, p. 285-302, (1989).
HARRIS, H.G.; SABNIS, G.M. Structural modeling and experimental techniques. Boca Raton, CRC Press, (1999).
INTERNATIONAL UNION OF TESTING AND RESEARCH LABORATORIES FOR MATERIALS AND CONSTRUCTION. RILEM TECHNICAL- Recommendations for the testing and use of construction materials / International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Construction. London : E & FN Spon, (1994).
KAEFER, L. F. Desenvolvimento de uma ferramenta gráfica para análise de pórticos de concreto armado. Dissertação (Mestrado em Engenharia) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, (2000).
LEUCKERT, C. Sistema portátil de aquisição de dados para análise dinâmica de estruturas mecânicas. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, (2000).
METTEMEYER, M.; NANNI, A. Guidelines for rapid load testing of concrete structural members. University of Missouri – Rolla, Missouri, (1999). Disponível em < http://campus.umr.edu/rb2c/publications/journal/2004/casa3.pdf > Acesso em: 20 de ago. 2004.
MINISTERIO DE FOMENTO ESPAÑOL. EHE – Instrucción de Hormigón Estructural. Madrid, (1998).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
128
MOERMAN, W.; TAERWE, L.; WAELE, W. D.; DEGRIECK, J.; BAETS, R. Application of optical fiber sensors for monitoring civil engineering structures. Structural Concrete, n.2, June, pp. 63-71, (2001).
MOSER, D.E. Medidas múltiplas de características de barragens de concreto compactado com rolo utilizando instrumentação por fibra ótica. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Paraná. Curitiba, (2006).
NÓBREGA, P.G.B. Análise dinâmica de estruturas de concreto: estudo experimental e numérico das condições de contorno de estruturas pré-moldadas. Tese (Doutorado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, (2004).
PALAZZO, D. Monitoramento de pontes por meio de levantamentos topográficos – um estudo de caso. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Paraná. Curitiba, (2002).
PLEWES, W. G.; SCHOUSBOE, I. Strength evaluation of existing concrete buildings. ACI Committee 437, n.64-61, p.1-6, (1967).
RAINA, V. K. Concrete Bridges - inspection, repair, strengthening, testing and load capacity evaluation. New York: McGraw-Hill Book Co, (1996).
ROCHA, P.F. Ensaios de verificação de estruturas. IPT, São Paulo, (1942).
ROCHA, S.F.; TERNI A.W.; FERREIRA, J.B.; MANFREDINI, C. A flexibilidade de monitorização das provas de carga utilizando-se água. 41 CONGRESSO IBRACON, SALVADOR, (1999).
RODRIGUES, J. Fibra de carbono segura a barra de concreto. Recuperar. n. 32, p. 12-17, (2000).
STARRET. Metrologia dimensional. Catálogo. São Paulo, (2004). TAKEYA, T. Análise experimental de estruturas. São Carlos. Notas de aula – EESC-USP, (2003).
TIMOSHENKO, S. P. History of strength of materials. New York, McGraw-Hill, (1953).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
129
TIMOSHENKO, S. P.; GOODIER, J. N. Theory of elasticity. 3. ed. New York, McGraw Hill; Tokyo, Kogakusha, (International Student Edition), (1970).
VENEZIANO, D.; MELI, R.; RODRIGUEZ, M. Proof loading for target reliability. Journal of the Structural Division, ASCE, vol. 104, No. ST1, January, pp. 79-93, (1978).
SITES
www.vishay.com/brands/measurements_group/strain_gages/mmter.htm
www.pci.org