Efeito set-up em estacas: por que o tempo entre a execução e o ensaio muda a capacidade medida

Duas estacas do mesmo bloco, executadas no mesmo dia, com o mesmo equipamento e sobre o mesmo perfil de sondagem, podem devolver capacidades bem diferentes quando ensaiadas com alguns dias de intervalo. Quando essa diferença aparece no relatório, a suspeita costuma recair sobre o ensaio, sobre o operador ou sobre alguma variação localizada do maciço.

Na maior parte dos casos nenhuma das três explicações se confirma. Os dois laudos estão corretos, e a diferença entre eles tem nome: efeito set-up, também chamado de cicatrização do solo. 

A capacidade de carga de uma estaca não é um valor que se estabelece no instante da cravação e permanece constante dali em diante. Ela evolui, e tanto a direção quanto a velocidade dessa evolução dependem do solo, do tipo de estaca e até da posição do elemento dentro do estaqueamento.

Compreender esse comportamento é o que separa uma campanha de ensaios bem programada de uma coleção de números que não conversam entre si.

O que é o efeito set-up

O efeito set-up é o ganho de capacidade de carga que uma estaca apresenta ao longo do tempo depois de executada, sem nenhuma intervenção adicional. Ele decorre da recomposição do solo perturbado durante a cravação e se manifesta principalmente sobre a parcela de atrito lateral.

O mecanismo começa na própria execução. A cravação amolga o maciço em torno do fuste e, em perfis finos e saturados, gera um excesso de poropressão junto à parede da estaca. Enquanto essa poropressão permanece elevada, a tensão efetiva no contato fica reduzida, e tensão efetiva baixa significa pouco atrito lateral disponível. É esse atrito diminuído que o ensaio registra se for executado logo após a instalação. Com o passar dos dias a poropressão dissipa, a tensão efetiva sobe e o solo se reorganiza contra o fuste, devolvendo à estaca uma aderência lateral que não existia no dia da execução. Daí vem o nome cicatrização.

A magnitude não é modesta. Um estudo por métdos numéricos desenvolvido na USP em 2016, aplicando a teoria da expansão de cavidade cilíndrica a estacas cravadas em solos argilosos, indicou fatores de set-up sobre o atrito lateral entre 2,0 e 2,5 aos vinte dias após a cravação.

O fenômeno atua quase todo no fuste e quase nada na ponta. Duas estacas com capacidade total parecida podem ter distribuições de carga bem distintas se foram ensaiadas em momentos diferentes, e enxergar essa diferença depende da análise CAPWAP, que separa a parcela de atrito da parcela de ponta.

Por que dois ensaios na mesma obra podem divergir

O ensaio de carregamento dinâmico mede a resistência mobilizada pelo conjunto solo-estaca no instante em que o golpe é aplicado. Ele não mede uma propriedade permanente da estaca, mede um estado. Se esse estado está em evolução, duas leituras feitas em momentos diferentes vão divergir mesmo que tudo o mais tenha sido idêntico.

O paralelo com um exame clínico ajuda a fixar a ideia. Um hemograma colhido em jejum e outro colhido depois do almoço devolvem valores diferentes para o mesmo paciente, e nenhum laboratório é acusado de erro por causa disso. O que o exame registra é o estado do organismo no momento da coleta. Um laudo de ensaio que não informa quanto tempo se passou desde a execução da estaca é, na prática, um exame sem data de coleta: o número existe, mas não se sabe do que ele é retrato.

Por isso a divergência entre dois laudos da mesma obra não indica, por si só, falha de execução. Ela carrega informação sobre o comportamento do solo naquele local, e essa informação só se torna utilizável quando o intervalo entre a execução e o ensaio está registrado em cada leitura.

Cada solo tem seu próprio relógio

A pergunta sobre quantos dias esperar não tem resposta única, porque o relógio pertence ao solo e não ao calendário da obra.

Um estudo de caso apresentado no Cobramseg 2022, da Escola de Engenharia de São Carlos da USP, acompanhou estacas tubulares metálicas cravadas em solo predominantemente arenoso, com ensaios dinâmicos repetidos aos 0, 105 e 345 minutos e novamente cerca de quatro dias após a cravação. A resistência por atrito lateral aumentou de forma expressiva já nas primeiras cem horas. Em areia o relógio corre em horas; em argila, em semanas.

Há também o caso em que o ponteiro anda para trás. Em areias densas e em alguns siltes saturados, a cravação gera poropressões negativas por dilatância, e enquanto elas persistem a resistência medida é artificialmente alta. Quando dissipam, a capacidade cai.

A inversão de risco entre os dois fenômenos importa mais do que cada um isoladamente. Onde há set-up, ensaiar cedo é conservador. Onde há relaxação, ensaiar cedo é otimista. 

A modalidade da estaca muda o relógio

Em estacas de deslocamento, como as pré-moldadas de concreto, as metálicas e as Franki, o solo não é retirado do furo. Ele é empurrado para o lado. O amolgamento e a geração de poropressão chegam ao máximo, e é nessas modalidades que o set-up se manifesta com mais força e onde o ganho pode ser aproveitado em projeto.

Estacas escavadas e hélice contínua funcionam por outro princípio. O solo é removido em vez de deslocado, e a dissipação de poropressão deixa de ser o mecanismo dominante. Nessas modalidades o prazo até o ensaio é governado principalmente pela evolução da resistência do concreto. Ensaiar antes da cura adequada mede a limitação estrutural da peça, não a capacidade do maciço, e o resultado não representa nem uma coisa nem outra.

A conclusão prática interessa diretamente ao projetista. Não existe “o prazo do PDA”. Existe um prazo para cada combinação de modalidade executiva e perfil geotécnico, e é por essa razão que os prazos recomendados para o ensaio PDA variam conforme o tipo de estaca. Adotar um número único de calendário para a obra inteira é o que produz boa parte da dispersão que depois se atribui ao ensaio.

A estaca vizinha também entra na conta

A estaca ensaiada não está isolada no terreno. Executar elementos ao lado altera o estado de tensão em torno daqueles que já foram instalados. Em areia, a cravação sucessiva tende a densificar o maciço e pode somar resistência. Em argila saturada acontece o contrário: cada nova estaca gera poropressão adicional e consome parte do set-up que a vizinha já havia acumulado.

Duas consequências práticas nascem disso. Ensaiar durante o estaqueamento não equivale a ensaiar depois de encerrado, e uma estaca de borda não está na mesma condição de confinamento que uma de centro de bloco.

A escolha de qual estaca ensaiar é uma decisão técnica. Não deveria ser definida pela facilidade de acesso do equipamento.

O que definir antes de programar a campanha

Quatro definições resolvem quase toda a dispersão evitável e todas pertencem ao planejamento do cronograma de ensaios, não ao dia da execução: 

• prazo estabelecido por modalidade e por perfil, em vez de um número único para a obra
• qual condição interessa medir: o fim da execução, a condição de repouso, ou as duas em sequência
• posição das estacas ensaiadas no estaqueamento e em relação à ordem de execução
• registro no laudo do tempo decorrido entre a execução da estaca e o ensaio

O último item parece burocrático e não é. Sem o tempo de repouso registrado, o valor de capacidade deixa de ser comparável com qualquer outro da mesma obra. A NBR 13208 prevê a realização do ensaio de carregamento dinâmico em diferentes condições de execução e a NBR 6122 orienta a quantidade de ensaios de controle, mas nenhuma das duas decide quando medir. Essa escolha continua sendo do projeto.

Voltando ao paralelo clínico, alguns exames só significam alguma coisa em série. Uma leitura ao fim da execução e outra após um período de repouso não são ensaios concorrentes: são dois pontos de uma curva que revela a direção e a velocidade do fenômeno naquele solo. Em estaqueamentos grandes, essa informação costuma se pagar em revisão de comprimento ou de quantidade de estacas.

O momento do ensaio é uma decisão de projeto

A capacidade de uma estaca durante o set-up ou relaxação se altera, e o ensaio registra onde ela estava no dia da execução do teste. Como o fenômeno não pode ser eliminado, o que resta é escolher o instante da leitura com critério.

Em obras de grande estaqueamento, definir esse instante por modalidade executiva e por perfil geotécnico, em vez de por conveniência de cronograma, altera o resultado do controle tecnológico e às vezes o próprio dimensionamento.

A Sammour Engenharia executa prova de carga dinâmica (PDA) em todo o território nacional, com equipe técnica e logística próprias. Fale com nosso time para programar a campanha de ensaios da sua obra, incluindo a definição de prazos por tipo de estaca e a leitura em série quando o perfil justificar.