NBR 9607

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PUC-GOIÁS

Bruna Melo

30/04/2024

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura
e Urbanismo

Prova de carga em estruturas de concreto

Clayton Reis de Oliveira

Campinas
2006

i
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura
e Urbanismo

Prova de carga em estruturas de concreto

Clayton Reis de Oliveira

Orientador: Prof. Dr. Armando Lopes Moreno Junior

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

Campinas, SP
2006

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

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.

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.

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)

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
3.4.5Aceitação 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.........................................................................1039.2 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)..............................................................................................99FIGURA 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 – CONSIDERAÇÕESINICIAIS
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

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.

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

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

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

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) observamque 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), mostramum 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

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

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 externasdimensionadas 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 deformaçãodo 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
σ
ε = )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

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