Ensaios preliminares de ancoragens: como calcular a carga de ensaio

Um ensaio preliminar é um ensaio em obra sobre 5 ancoragens que mostra se uma ancoragem consegue suportar a ação característica N_Ek (a carga não majorada) num material de base para o qual o fabricante não dispõe de dados. A BS 8539:2012+A1:2021 chama-lhe abordagem simplificada aos ensaios de resistência admissível, no Anexo B.2.3.1.

Utiliza-se quando não existe uma ancoragem com uma Avaliação Técnica Europeia (ETA) relevante para o material de base, o que na prática significa normalmente alvenaria, ou quando o estado do betão põe em dúvida os valores da ETA. A ancoragem tem, mesmo assim, de ser de um tipo aprovado pelo fabricante para essa categoria de material de base. As 5 ancoragens são carregadas apenas até à carga de ensaio, não até à rotura, pelo que os ensaios causam menos danos do que os ensaios até à rotura. Consulte quando é necessário ensaiar em obra.

As ancoragens de um ensaio preliminar são instaladas especificamente para ele e nunca são usadas na obra. Coloque-as num material de base idêntico ao da obra, num ponto onde eventuais danos não prejudiquem a estrutura e possam ser reparados. Mantenha-as bem afastadas das ancoragens que serão usadas e nunca a menos de 3 × h_ef quando o espaço é reduzido.

A carga de ensaio é a ação característica multiplicada por um fator de ensaio e depois dividida pelo fator de redução α_dist e pelo fator de condição Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (equação B.4 da BS 8539)

• N_Ek, a ação característica, é a carga que o projeto aplica a uma ancoragem, sem coeficientes de segurança. É fornecida pelo projetista.
• ν_test, o fator de ensaio, depende do material da ancoragem, do material de base e de a carga ser de longa ou curta duração. Veja a tabela abaixo.
• α_dist, o fator de redução, tem em conta apoios da ponte colocados tão perto da ancoragem que possam confinar o material de base e aumentar o resultado. É 1.0 quando as pernas estão suficientemente afastadas. Consulte escolher uma ponte.
• Ω, o fator de condição, tem em conta diferenças entre o ensaio e a utilização real, como ensaiar em condições secas uma ancoragem que estará húmida. Ω é definido pelo projetista.

A nossa calculadora de carga de ensaio executa estes passos por si.

As buchas de nylon têm fatores mais elevados devido à fluência. Sob carga durante muito tempo, o nylon deforma-se lentamente, pelo que uma bucha que resiste à carga de ensaio durante pouco tempo pode ainda assim falhar com uma carga inferior em serviço.

O projetista escolhe Ω avaliando em que medida a utilização real da bucha diferirá do ensaio. Cada resposta corresponde a um valor:

• Durante quanto tempo atuará a carga? Para cargas de curta duração, como a ancoragem de andaimes ou de trabalhos em altura, Ω = 1,0. Para uma carga de tração permanente, Ω = 0,9.
• A bucha estará mais húmida ou mais quente em serviço do que no ensaio? Se estiver húmida em serviço mas for ensaiada a seco, Ω = 0,8. Se funcionar acima da gama normal de temperaturas de serviço indicada pelo fabricante mas for ensaiada à temperatura normal, Ω = 0,8.
• As buchas definitivas poderão ficar num ponto mais fraco do que as buchas de ensaio? Numa parede rebocada ou estucada, em que as juntas estão ocultas ou não é possível garantir que as buchas fiquem dentro dos tijolos, e as buchas de ensaio estão em tijolo maciço, Ω = 0,75.
• O betão estará fissurado? Para uma bucha concebida para betão tracionado, Ω = 0,7.

Quando se aplica mais do que uma condição, o projetista indica um único Ω para o caso. Este guia não define nenhuma regra para as combinar; consulte o projetista.

O αdist depende do espaçamento entre apoios adist e da profundidade de ancoragem efetiva hef. O adist mede-se até ao eixo dos apoios pontuais ou como a largura livre entre apoios contínuos. Os valores da Staht, 127 mm para as pontes standard t25 e t60 e 375 mm e 575 mm para as pontes mais largas, correspondem à distância livre entre os pés ao longo da ponte (fichas técnicas Staht), a base utilizada pela tabela de pontes publicada pelo setor. Isto fica do lado da segurança: os pés de uma ponte de quatro pernas ficam na realidade mais afastados da ancoragem, pelo que o espaçamento livre dá uma carga de ensaio ligeiramente superior, nunca inferior.

Até h_ef = 150 mm. Se adist for pelo menos 3 × hef, αdist = 1.0. Se adist for inferior a 3 × hef mas superior a 1.5 × hef, αdist = 0.4 + adist ÷ (5 × hef) (equação B.12 da BS 8539). A BS 8539 limita também o espaçamento necessário a 450 mm, mas até hef = 150 mm, 3 × hef nunca ultrapassa 450 mm, pelo que este limite não altera o resultado. Se adist for 1.5 × hef ou menos, a ponte é demasiado estreita para este método: utilize uma mais larga. Em betão, um ensaio preliminar exige também que o apoio mais próximo fique a mais de 1.0 × hef da ancoragem, como se verifica no exemplo B.

Mais de 150 mm de profundidade. A equação B.12 não se aplica. Em betão, mantenha o apoio mais próximo a pelo menos 1.5 × hef da ancoragem, o que implica um adist de pelo menos 3 × hef. Em alvenaria, aplicam-se as regras para tijolos e blocos. O EOTA TR 053 não exige redução em paredes de vários panos de tijolos maciços pequenos, como tijolos cerâmicos maciços, desde que os apoios estejam afastados mais de 1.5 × hef e deixem espaço para a rotura se formar. Consulte escolher uma ponte.

O hef é a profundidade até ao ponto mais baixo em que a ancoragem prende no material base. Para buchas de nylon, considere hef igual a 50% da profundidade de ancoragem nominal.

Uma ancoragem química em tijolo maciço suporta uma carga de tração permanente. O projetista indica NEk = 0.9 kN, hef = 60 mm e um único Ω de 0.9 para a carga permanente. O ν_test para uma ancoragem que não seja de nylon em alvenaria sob carga de longa duração é 4.

Com a ponte standard Staht t25 (espaçamento entre apoios a_dist = 127 mm, a distância livre entre os pés ao longo da ponte (ficha técnica Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, que é superior a 127 mm, pelo que se aplica o αdist. 127 mm é superior a 1.5 × h_ef (90 mm), pelo que a equação B.12 é válida.
• α_dist = 0.4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0.4 + 0.423 = 0.823.
• N_test = 0.9 × 4 ÷ (0.823 × 0.9) = 3.6 ÷ 0.741 = 4.86 kN.

Com a Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm é superior a 3 × hef (180 mm), pelo que αdist = 1.0.
• N_test = 3.6 ÷ (1.0 × 0.9) = 4.00 kN.

A ponte mais larga elimina a redução, pelo que as ancoragens são ensaiadas a 4.00 kN em vez de 4.86 kN. Em alvenaria de tijolo, assente os pés da ponte nos tijolos adjacentes ao que contém a ancoragem. Consulte ensaios em alvenaria.

Ancoragens para trabalhos em altura são instaladas em betão antigo cujo estado é duvidoso, pelo que o projetista pede ensaios preliminares. NEk = 3.0 kN, hef = 50 mm, carga de curta duração, logo Ω = 1.0. O ν_test para uma ancoragem que não seja de nylon em betão sob carga de curta duração é 2.

• Com a ponte standard Staht t60, adist = 127 mm, a distância livre entre os pés ao longo da ponte (ficha técnica Staht), que é inferior a 3 × hef (150 mm) e superior a 1.5 × h_ef (75 mm), pelo que se aplica a equação B.12.
• O apoio mais próximo, a 63.5 mm, está a mais de 1.0 × h_ef (50 mm), como exigem os ensaios preliminares em betão durante o carregamento até à carga de ensaio.
• α_dist = 0.4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0.4 + 0.508 = 0.908.
• N_test = 3.0 × 2 ÷ (0.908 × 1.0) = 6.0 ÷ 0.908 = 6.61 kN.

Buchas de nylon vão fixar um tapume temporário a betão antigo cujo estado é duvidoso, pelo que o projetista pede ensaios preliminares. NEk = 0.4 kN, carga de curta duração, logo Ω = 1.0. A ancoragem nominal é de 70 mm, pelo que hef = 35 mm. O ν_test para nylon sob carga de curta duração é 3.5.

• Com a ponte standard Staht t25, adist = 127 mm, a distância livre entre os pés ao longo da ponte (ficha técnica Staht), que é superior a 3 × hef (105 mm), pelo que α_dist = 1.0.
• O apoio mais próximo, a 63.5 mm, está a mais de 1.0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0.4 × 3.5 ÷ (1.0 × 1.0) = 1.40 kN.

Quando as 5 ancoragens resistem à carga de ensaio, a ação característica pode ser considerada como a resistência admissível nesse material base: NR,all = NEk (equação B.5 da BS 8539). A ancoragem pode então ser utilizada com essa carga.

Se uma ancoragem não atingir a carga de ensaio, cabe ao projetista decidir o passo seguinte, e duas perguntas resolvem a questão. A obra pode simplesmente levar mais ancoragens, por exemplo colocando-as mais próximas umas das outras? E a ancoragem falhou perto da carga de ensaio, por exemplo acima de 0.8 × N_test?

• Sim a ambas: mantenha a ancoragem e utilize mais unidades, com uma resistência admissível inferior calculada como se indica abaixo.
• Não a alguma delas: altere a especificação, para um diâmetro maior, uma ancoragem mais profunda ou outro tipo de ancoragem, e realize uma nova série de ensaios preliminares.

Cálculo da resistência admissível inferior:

1. Leve as 5 ancoragens de ensaio até à rotura, lentamente, registando em cada uma a carga no primeiro deslocamento. Para poupar a estrutura, pode parar a cerca de 1.0 mm de deslocamento e considerar essa carga como carga de rotura.
2. A partir da carga de rotura média Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (equação B.6).
3. A partir da carga de rotura mais baixa Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (equação B.7).
4. Utilize o menor dos dois valores, limitado à carga média no primeiro deslocamento N_1st,m.
5. Aumente o número de ancoragens: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (equação B.8), em que n0 é o número inicialmente previsto. Arredonde por excesso.

No exemplo A com a ponte t25, a carga de ensaio era 4.86 kN. Uma ancoragem falha a 4.2 kN, valor superior a 0.8 × 4.86 = 3.89 kN, e a obra pode levar mais ancoragens. As 5 são carregadas até à rotura: 4.2, 5.6, 6.1, 5.3 e 6.4 kN. A carga média no primeiro deslocamento é 2.3 kN.

• Nu,ave = 27.6 ÷ 5 = 5.52 kN, e Nu,low = 4.2 kN.
• α_dist × Ω = 0.823 × 0.9 = 0.741.
• A partir da média: 5.52 × 0.741 ÷ 5 = 0.818 kN.
• A partir da mais baixa: 4.2 × 0.741 ÷ 4 = 0.778 kN.
• NR,all = 0.778 kN, o valor mais baixo. É inferior a N1st,m (2.3 kN), pelo que se mantém.
• A obra previa 24 ancoragens: n' = 24 × 0.9 ÷ 0.778 = 27.8, pelo que são necessárias 28 ancoragens.

A BS 8539 prevê três outras vias, todas baseadas em ensaios até à rotura.

• Sem ETA, abordagem estatística (Anexo B.2.3.2): 5 a 15 ancoragens são carregadas até à rotura. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, em que NRu,m é a carga de rotura média, v o coeficiente de variação (no máximo 30%) e K um fator estatístico: 3.40 para 5 ensaios, 2.57 para 10 e 2.33 para 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, no máximo N_1st,m. O projetista escolhe ν, por exemplo 3 a 4 para cargas estáticas ou 5 para buchas de nylon.
• Ancoragem com ETA em alvenaria fora do âmbito da ETA, 5 a 15 ensaios (Anexo B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, com β retirado da ETA (1 se não for indicado), no máximo a resistência característica da ETA. Aqui β substitui Ω. Depois, NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, com γM retirado da ETA e γF igual a 1.35 para ações permanentes, 1.5 para ações variáveis ou 1.4 quando são desconhecidas ou mistas, e no máximo N1st,m.
• Ancoragem com ETA, 15 ou mais ensaios (Anexo B.2.2): o método de ensaio em obra do Documento de Avaliação Europeu (EAD) aplicável e do respetivo Relatório Técnico da EOTA.

Quantas mais ancoragens forem ensaiadas até à rotura, mais elevada tende a ser a resistência admissível, mas os ensaios até à rotura causam mais danos.