Estudo do comportamento de estacas escavadas em solo arenoso submetidas ao carregamento transversal

Abstract

O adequado dimensionamento de fundações profundas submetidas a carregamentos transversais exige a compreensão dos mecanismos de transferência de carga entre solo e estaca, que depende das múltiplas não-linearidades e interações observadas no conjunto no decorrer da aplicação do carregamento e em profundidade. Desta forma, o problema de carregamento lateral foi avaliado neste estudo para estacas escavadas em solo arenoso a partir da implementação de um modelo numérico e dois modelos analíticos, considerando para o solo critérios de ruptura de Mohr Coulomb (modelo numérico) e a teoria da reação horizontal do solo em conjunto ao método de curvas p-y proposto pelo API (2002, 2014) e simplificado por uma análise do estado limite (modelos analíticos). O elemento estrutural teve seu comportamento adotado como elástico linear, considerando-se a ruptura de acordo com as normas NBR 6122 (ABNT, 2010) e BS 8004 (BSI, 2015). Os modelos foram verificados e aferidos com casos descritos na literatura para diferentes condições de ensaio e rigidez relativa. Ao final, os modelos foram utilizados para a aferição dos parâmetros do solo de ensaios em escala reduzida a 1 x g de estacas predominantemente rígidas de mesmo diâmetro, assentes em solo arenoso em condição medianamente compacta. O solo é proveniente do Campo Experimental de Araquari, que serve como referência ao presente trabalho. Duas estacas-modelo em alumínio maciço, com dimensões representativas às estacas hélice-contínua do campo experimental, com D=1,27cm e Lútil=18,25m e 36,5cm, foram carregadas lateralmente de forma monotônica, com duplicidade de ensaios, e posteriormente cicladas em dois sentidos de carregamento, em um total de cinco ciclos. Os modelos apresentaram boa representatividade para com os resultados físicos para deslocamentos de até 10%D, embora a rigidez calculada nos modelos analíticos não tenha representado adequadamente os resultados experimentais ao se considerar a constante de reação horizontal do solo proposta pelo API (2002). A partir do uso de um acelerômetro e giroscópio no topo das estacas e a consideração de rotação constante em profundidade, foram retroanalisados os dados de ensaio da estaca de menor comprimento, possibilitando a representação dos diagramas de esforços e deslocamentos e as curvas p-y respectivos ao ensaio.

Proper design of deep foundations subjected to transversal loading requires the understanding of load transfer mechanisms between soil and pile, which depends on the multiple nonlinearities and interactions observed during the load application and along the pile depth. Therefore, lateral load problem was evaluated in this master research for drilled piles in sand. The study focused on the use of a numerical and two analytical models and considered Mohr-Coulomb theory (numerical model) and the theory of subgrade reaction added to API (2002, 2014) p-y curves model and simplified by a limit state analysis (analytical models) for soil failure criteria. The implemented models were verified and calibrated with literature experimental data for different test conditions and pile-soil relative stiffness. After this phase, the models were used to calibrate soil parameters of physical tests conducted at 1x g in rigid and intermediate piles with same diameter, embedded in medium dense sand. The physical model’ soil comes from the Araquari Experimental Testing Site and serves as reference to the present work. Two model piles were used to represent the geometric properties of continuous flight auger piles executed at the Araquari experimental site, and were constructed of solid aluminum, with diameter of 1,27cm and embedded lengths of 18,25cm and 36,5cm. The model piles were unilaterally loaded, with duplicity of tests, and subsequently cycled in two-way loading, for a total of five cycles. The analysis models presented good prediction of soil-pile response when compared with the physical tests for displacements up to 10% of the pile diameter, although the stiffness calculated in the analytical models did not adequately represent the experimental results when considering the constant of subgrade reaction proposed by API (2002). Considering use of a accelerometer and gyroscope at the top of the piles and a constant rotation in depth, the data of the physical modelling of the smallest pile were back analyzed, making possible the representation of the stress and displacement diagrams and the respective p-y curves.