ORIENTAÇÕES TÉCNICAS

1. Introdução

Inicialmente apresentamos algumas frases e considerações que permitem a nossa introdução no campo da geotecnia de fundações.

a) A atividade produtiva geotécnica
“Ao contrário da imensa maioria das atividades produtivas industriais e, inclusive, da maioria também das outras atividades da construção civil, no caso da geotecnia – em especial as fundações – a atividade produtiva desenvolve-se sobre um material preexistente não escolhido, e inclusive não passível de perfeita identificação.”

b) A variabilidade na geotecnia
“Os maciços de solos e rochas, como fenômenos naturais são também fenômenos aleatórios”.(Russo Neto, 1998)

c) O ponto de partida de todo projeto de engenharia geotécnica
“A engenharia de fundações trabalha com o binômio desconhecido x conhecido, ou seja, a fundação como elemento estrutural (sapata, tubulão, estaca) perante o maciço terroso ou rochoso “in situ”.”

d) A chave para o sono tranqüilo
Não sendo possível controlar as propriedades do maciço “in situ”, na engenharia de fundações procura-se investigar estas propriedades tanto quanto possível, dentro das limitações impostas pela disponibilidade de recursos.
Não basta um projeto bem feito e uma execução que utilize processos mecânicos e materiais adequados, há necessidade da visão crítica do engenheiro geotécnico e dos processos de avaliação/controle da interação solo-estrutura.
Os controles utilizados na execução das fundações variam para o tipo e porte de obra, algumas permitem ensaios de carregamento com facilidade (estacas cravadas) e outras se baseiam em controles de aspectos dimensionais e qualidade dos materiais do elemento estrutural (sapata ou tubulão). Estacas escavadas, além da avaliação da interação solo/estrutura (capacidade de carga), necessitam, primeiramente, de garantias sobre a integridade dos elementos estruturais.

2. Projeto

O bom projeto de fundações deve estar baseado em uma adequada campanha de sondagens, deve seguir as normas e contar com boa dose de conhecimento específico do local.

Principalmente, deve estar baseado em uma sistemática que contemple a garantia da execução e do desempenho futuro.

3. Garantia de execução e desempenho futuro

Dependendo da tipologia das fundações, a garantia de sua execução e de seu desempenho futuro pode ser obtida de variadas maneiras.

Fundações profundas em estacas escavadas

A garantia da execução e do desempenho futuro de estacas escavadas passará por:

acompanhamento independente e idôneo (empresa especializada);
ensaios de integridade (PIT);
exame de fuste (se necessário e exeqüível);
provas de carga (estática ou dinâmicas);
controle de recalque, etc.

Em estacas escavadas há a necessidade prévia da confirmação de sua perfeita execução, ou seja, de sua integridade. Para isso existem os ensaios PIT (“pile integrity test”).

Garantida a integridade dos elementos (estacas) resta saber de sua capacidade de carga. Para tanto os ensaios de carregamento dinâmico ou provas de carga dinâmica (PDA) são indicados.

Quanto maior o porte e importância da obra, mais a obra necessita dos devidos cuidados no quesito fundações para ser aceita ou certificada.

Obras de pequeno porte tendem a resolver a falta de informação com projetos “pesados” (mais caros).

Já obras de maior porte, cercadas do devidos cuidados com investigação-projeto-controle, tem, no seu alto nível de informação, uma redução da incerteza, e uma possibilidade clara de diminuição dos fatores de segurança. Isso, adequadamente utilizado, deverá permitir economias substanciais.

4. O ensaio PIT

O PIT é um ensaio que tem como objetivo principal determinar a variação da qualidade do concreto ao longo da profundidade de estacas de fundação.

O ensaio consiste na colocação de um acelerômetro de alta sensibilidade no topo da estaca sob teste, e na aplicação de golpes com um martelo de mão. O acelerômetro é fixado por meio de um material viscoso, geralmente cera de petróleo.

Os golpes geram uma onda de tensão, que trafega ao longo da estaca, e sofre reflexões ao encontrar qualquer variação nas características do material (área de seção, peso específico ou módulo de elasticidade). Essas reflexões causam variações na aceleração medida pelo sensor. É feito um registro da evolução dessa aceleração com o tempo (normalmente o sinal é integrado e trabalha-se com a velocidade). Como a onda trafega com uma velocidade fixa, conhecendo-se a velocidade de propagação da onda e o tempo transcorrido entre a aplicação do golpe e a chegada da reflexão correspondente à variação de características pode-se determinar a exata localização dessa variação.

O uso mais comum do ensaio PIT é o de detectar falhas na concretagem de estacas de concreto moldadas "in loco". Tal uso tem se tornado mais extensivo, sendo inclusive sistemática comum, de alguns consultores, para aprovação de um estaqueamento, a execução dos ensaios na totalidade dos elementos de uma obra.

Outro uso comum para o ensaio é o de determinar o comprimento de estacas de concreto.

O PIT não fornece informações de capacidade de carga do elemento de fundação.

5. Preparo das estacas para execução dos ensaios PIT

O ideal é que se espere o concreto atingir, pelo menos, 70% de sua resistência nominal para a realização dos ensaios.

Para concretos comuns, a sete dias da concretagem das estacas os ensaios são normalmente bem sucedidos.

Para concretos de alta resistência inicial, as estacas serão arrasadas a três dias de sua concretagem. Assim, ensaios a quatro ou cinco dias de sua concretagem deverão ser também bem sucedidos.

O preparo propriamente dito inicia-se pelo arrasamento. Este visa eliminar todo o concreto de má qualidade existente no topo da estaca. É importante que esse procedimento siga os devidos cuidados para que não sejam geradas trincas durante o processo.

A seguir prepara-se área suficiente para colocação da instrumentação (acelerômetro) e aplicação do golpe de martelo de mão instrumentado.

A área a ser preparada para os ensaios dependerá da seção das estacas:

Estacas até 40 cm de diâmetro ou seção equivalente - preparar área central com ~15 cm de diâmetro;
Estacas de 50 cm até 60 cm de diâmetro ou seção equivalente - preparar três áreas distintas com ~12 cm de diâmetro cada uma;
Estacas a partir de 70 cm de diâmetro ou seção equivalente - preparar uma área central mais quatro áreas distintas com ~12 cm de diâmetro cada uma.

Estas áreas, normalmente, estarão dentro da área determinada pela armadura das estacas, e deverão estar distribuídas de forma a cobri-la criteriosamente.

Essa área deverá estar plana, lisa, seca e limpa (isenta de gorduras, solo, etc.).

Normalmente são utilizadas lixadeiras para esse fim.
Contudo, esmerilhadeiras (custo de aquisição de ~R$ 300,00) com rebolos diamantados (~R$250,00 por rebolo) são normalmente mais eficientes.

Não será aceito nenhum tipo de “acerto” do topo da estaca através de argamassa ou “grout”. Também não deverá existir concreto magro lançado em contato com a estaca a ser ensaiada.

Caso a área preparada esteja úmida, por capilaridade ou chuvas, será difícil posicionar o acelerômetro para o ensaio. É prudente que seja mantido um maçarico na obra para secagem rápida do topo das estacas previamente aos ensaios PIT.

Sugere-se que o ensaio PIT seja feito já na cota de arrasamento de projeto, de forma a evitar eventuais danos detectados no trecho não útil.

No campo serão coletados para cada estaca várias médias de sinais. Para pontos diferentes de colocação da instrumentação.

Os sinais armazenados em campo serão transferidos e analisados em escritório através de software específico.

Os ensaios normalmente utilizam o martelo instrumentado, de forma a facilitar as análises de eventuais danos próximos da cabeça. Este ensaio é conhecido como PIT-FV.

Ao final da análise do universo ensaiado, algumas estacas devem ser escolhidas para terem seu fuste inspecionado. Esse procedimento vem sendo normalmente usado e é bastante aconselhável.

6. Vantagens e desvantagens do PIT

A precisão do ensaio PIT para determinação da profundidade de um dano é muito boa. Principalmente quando se conta com uma óbvia resposta de ponta ou com uma definição da velocidade de onda para aquela obra, concreto ou estaca.

Na determinação da intensidade de eventual dano, o ensaio PIT pode ser impreciso. A interpretação do sinal do PIT não é única, já que algumas variáveis podem em determinadas situações se associarem e impedirem uma melhor conclusão.

Assim o ensaio deve ser sempre entendido como qualitativo. Tanto do ponto de vista de comparação da obra como de estaca a estaca dentro do mesmo universo.

Desta forma, é procedimento aconselhável e quase obrigatório, a inspeção de fustes de estacas escolhidas em função do universo ensaiado, em profundidade compatível com as possibilidades (normalmente não mais que 25% do comprimento útil da estaca). Esta inspeção permitirá uma melhor aferição da magnitude dos problemas apontados.

A seguir listamos algumas das vantagens do ensaio PIT:

É capaz de detectar danos no fuste da estaca sem a necessidade de escavações (na superfície).
Tem execução rápida e não exige cuidado prévio (na fase de execução das estacas). Estando as estacas preparadas, não é incomum fazer mais de 60 ensaios por dia.
Não exige grandes recursos da obra para sua execução.
É uma das únicas maneiras de se atingir o universo todo de um estaqueamento e determinar sua qualidade de forma rápida e barata.

Suas principais limitações são:

Pouca precisão na avaliação da intensidade do dano.
Dificuldade de detecção de danos abaixo de um primeiro dano.
Impossibilidade de distinguir entre variação de área de seção e variação de qualidade do concreto (peso específico e/ou módulo de elasticidade).
Limitação de comprimento da estaca (a partir de 30 a 40 vezes o diâmetro equivalente).
Dificuldade de detecção de dano muito próximo ao topo (~1,0 m).

7. Normas para o ensaio PIT

Não existe ainda norma brasileira específica para o ensaio PIT.

A NBR 6122, de fundações, especifica o ensaio em alguns casos.

As normas internacionais existentes são:

Estados Unidos (ASTM D-5882-96)
França (Norme Française NFP 94-160-2; NFP 94-160-4)
Inglaterra (Specification for Piling - Institution of Civil Engineers - capítulo 11.2)
Alemanha (Recomendação da DGGT para futura inclusão na norma DIN)
Austrália (AS2159-1995)
China (JGJ 93-95)