[pt] O objetivo desta dissertação foi proceder a uma avaliação e uma análise comparativa entre os diversos métodos empregados no cálculo do recalque de grupo de estacas. Dentro desta abordagem, foi realizada uma revisão considerando os métodos empíricos; semi-empíricos; teóricos baseados na teoria da elasticidade e elementos de contorno proposto por Poulos e Davis, das camadas finitas, apresentados por Southcott e Small, o método das estacas fictícias, desenvolvido pro Ming e Long-Zhu e finalmente o método baseado na aproximação de Winkler proposto por Mylonakis e Gazetas. Em seguida, procurou-se analisar os resultados oriundos de provas de carga abrangentemente instrumentadas (Cooke e Price), no sentido de melhor visualizar e quantificar o campo de deformação entre estacas e, consequentemente, definir o mecanismo de interação entre as estacas de um mesmo grupo. Através destas análises conjuntas, foi constatado que a aplicação do modelo de cilindros concêntricos é aceitável para representar o campo de deformações em torno de uma estaca isolada. Implicando que o recalque de grupos constituídos de poucas e curtas estacas pode ser obtido através da superposição dos deslocamentos causados por uma estaca isolada. Confirmando, para estes casos, a validação da aplicabilidade dos métodos baseados na teoria da elasticidade. No caso de grupos maiores e constituídos por estacas com índices de esbeltez médios e longos, verificou-se que a hipótese de superposição dos resultados do campo de deformação produzidos por uma estaca isolada pode superestimar a previsão do recalque do grupo. Para compensar este erro, alguns autores recomendam a adoção de uma majoração dos módulos de elasticidade das camadas de solo. Este tipo de proposição tem recebido muitas criticas e alguns autores têm sugerido outros distintos procedimentos, que levam em consideração a interação conjunta estaca solo. / [en] The present dissertation’s objective is to provide a comparative analysis of different methods used for pile group settlement prediction. Firstly, a literature review was made, considering empirical, semi-empirical and theoretical methods, including Boundary Element Method proposed by Poulos, finite layer method, developed by Southcott and Small, fictitious piles proposal, described by Ming and Long-Zhu and Winkler approximation based method by Mylonakis and Gazetas. Then, the results of instrumented pile load tests provided by Cooke and Price were analyzed. The deformation field around a loaded pile was examined and the interaction mechanism between the piles within a group defined. As a result of this analysis, the concentric cylinder model was considered acceptable for displacement field representing. Also, it was found that small pile group settlement could be obtained using a superposition of the displacements caused by one loaded pile. In case of large pile groups, especially consisting of long piles, the interaction factor superposition method is not directly applicable, causing settlement superestimation. To compensate this effect, an increase of elastic moduli of soil has been used by various authors. As the proposals of this type have been criticized, other proceedings that account for complex pile - soil interaction have been created.

[pt] O estudo de estacas semi-enterradas tem grande importância na construção civil devido principalmente à sua ampla aplicação em diversas áreas da engenharia. O presente trabalho tem como objetivo obter uma solução exata para as freqüências naturais e modos de vibração dessas estacas e, com base nestes resultados, analisar o comportamento do sistema não-linear. A análise das vibrações lineares parte da obtenção de um funcional de energia e dedução das equações diferenciais parciais de movimento para o trecho enterrado e desenterrado e a determinação das diversas famílias de soluções para cada equação de movimento em função dos parâmetros adimensionais característicos do problema. Essa solução exata possibilita mostrar a influência dos parâmetros de carregamento, de rigidez da fundação, da altura da fundação e das condições de apoio nas freqüências naturais e modos de vibração. A não- linearidade do problema é originária da geometria da estrutura e a sua consideração implica na obtenção de equações diferenciais não-lineares. A resolução destas equações é feita de forma aproximada, empregando-se o método de Ritz para discretizar a coluna no espaço e os métodos de Galerkin-Urabe e do Balanço Harmônico para resolver as equações de movimento resultantes do processo de discretização. Com base nestes resultados, analisa-se a influência dos parâmetros físicos e geométricos do sistema coluna-fundação nas vibrações livres e forçadas da estaca. / [en] The study of partially embedded piles is an important topic in civil engineering due to its use in several engineering fields. The aim of the present work is to derive an exact solution for the natural frequencies and vibration modes of these piles and, based on these results, to analyze the nonlinear behavior of the column-foundation system. In order to study the free vibration problem, the energy functional of the system is obtained, allowing the derivation of the partial differential equations of motion for the buried and unburied parts of the pile. The possible solutions of these equations are then obtained as a function of a set of non-dimensional parameters characteristic of the problem. The consideration of the geometric nonlinearity of the beam leads to a set of nonlinear differential equations. The solution of these equations is obtained by employing the Ritz method to discretize the column in space and the methods of Galerkin- Urabe and Harmonic Balance to derive an approximate solution for the resulting equations of motion. Based on these results, the influence of the geometrical and physical parameters of the column-foundation system on the free and forced non-linear vibrations of the pile is analyzed.

[pt] A fundação em estaxa é uma das alternativas mais antigas de suporte de estruturas,mas seu projeto ainda é um desfio para engenharia geotécnica, sendo muito em pricípios empíricos. As estacas são elementos esbeltos de grande comprimento relativo, gerlamente utilizadas quando os solos que compõem as camadas mais superficiais do terreno não são suficientemente resistentes para suportar as cargas da superestrutura. A capacidade de suporte de estacas pode ser estimada através de métodos teóricos, semi-empíricos. Para aplicação de um método teórico é necessário o conhecimento mais detalhado da geometria do problema, das propriedades tensão x defromação x resistência dos solos, das características da interface solo-estaca,etc., enquanto que para os métodos semiempíricos a aplicação é geralmenta feita com base em resultados de ensaios de campo. As formulaçõessemi-empíricas são as mais usuais na prática da engenharia para o cálculo da capacidade de suporte de estacas visto que os métodos teóricos, à exceção de grandes projetos, têm sua aplicação ainda restrita. Na prática brasileira,os projetos de fundações são elaborados frequentemente com base em resultados de ensaio SPT, sendo os dois métodos mais utilizados para a obtenção da capacidade de carga de estacas os métodos propostos por Aoki e Velloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978, 1982). O objetivo deste trabalho consiste em comparar algumas das metodologias correntemente utilizadas na previsão da capacidade de suporte de estacas sob carregamento axial com as previsões obtidas em análises teóricaspelo método dos elementos finitos, através da utilização do programa Plaxis v. 8. / [en] Pile is one of the oldest alternatives of support of structures but its designis still considered a challenge for the ground engineering,being based on empirical principles. Piles are slender elements of great relative length, generally used when soils that compose the most superficial layers of the soil profile are not sufficiently resistant to support the loads from superstructure. The bearing capacity of piles can be estimated by empirical and theoretical approaches. For application of a theoretical approach a more detailed knowledge is necessary about the geometry of the problem, the tension x deformation x resistence soil satate, interface soil-pile characteristics and others, while for empirica approaches the application is generally done on the basis of field test results. The empirical formulations are the most usual in the practice of the engineering for the calculation of the bearing capacity of piles since theoretical approaches have iots application restricted. In brazilian engineering practice, the projects of foundations are elaborated frequently on the basis of SPT test results, being the two approachesd more utilized proposed by Aoki and Velloso (1975) and Décourt and Quaresma (1978, 1982). The objective of this work is compare some of the methodologies currently utilized to obtain the bearing capacity of the piles under axial loading with the results obtained in theoretical analysis by finite element approach, using Plaxis verion 8.0 software.

[pt] A constante expansão ocupacional de terrenos resulta na eventual construção sobre camadas de argila mole, o que requer a utilização de fundações em estacas e, com isso, maior conhecimento sobre o material do subsolo e a interação entre as estruturas. Em um projeto de fundações, a consideração das cargas transversais atuantes na superfície nem sempre é suficiente, é necessário adicionar as solicitações também impostas ao longo do seu comprimento. Este trabalho relata o caso de um edifício em Ubatuba/SP, que entrou em colapso devido a solicitações laterais no fuste das estacas próximas ao fundo do terreno, local com maior espessura de argila mole. Este movimento foi analisado por meio de quatro métodos convencionais (Tschebotarioff, De Beer e Wallays, Stewart e Goh), além do método numérico utilizando o software Plaxis em modelagens 2D e 3D. Os métodos convencionais apresentaram momentos fletores bastante divergentes entre si, porém todos apresentaram resultados cuja ordem de grandeza foi muito maior que os obtidos por meio da análise numérica. A modelagem bidimensional mostrou que o espaçamento entre estacas no eixo fora do plano é um fator com bastante influência e interfere nos valores resultantes do modelo 2D, outra constatação foi a redução de até 50 por cento dos momentos fletores atuantes quando considerado o efeito de grupo. Os resultados da modelagem 3D mostraram-se concordantes com os da modelagem 2D, chegando a apresentar uma divergência de 2 por cento entre os resultados. Em termos gerais, foi confirmada a maior solicitação nas estacas mais próximas ao limite posterior do terreno, onde se encontra a camada mais espessa de argila, o que gerou momentos maiores do que aqueles gerados pela carga transversal da superestrutura. / [en] The constant expansion of land occupation leads to the eventual construction over soft clay layers, requiring the use of foundation piles and thus, greater understanding of the subsurface material and the interaction between the structures, especially in regards to the induced loads and displacements. Naturally, the loads from the overhead structure are transmitted to the foundation, causing it to suffer from the action of axial and transverse loads. In a foundation design, the consideration of transverse loads acting on the surface is not always sufficient, making it necessary to include the loads imposed along its length as well. This study depicts the case of a building in Ubatuba/SP that collapsed due to lateral stresses along the middle section of the piles, located close to the farthest site boundary where a thicker layer of soft clay can be found. This movement was analysed using four conventional methods (Tschebotarioff, De Beer and Wallays, Stewart and Goh), as well as a numerical method for 2D and 3D modelling on the Plaxis software. The conventional methods presented diverging results relative to each other, of which. However, all four methods produced results with orders of magnitude much greater than those obtained through numerical analysis. The bidimensional model showed that the spacing between piles in the out-of-plane axis is a factor of great influence and interferes in the simplifications of the 2D model. Another finding was a reduction of up to 50 percent of the acting bending moments when considering the group effect. The results from the 3D model were in agreement with those from the 2D model, exhibiting only a 2 percent difference. In general, a greater load on the piles closest to the farthest limit of the site was confirmed, located on the thickest clay layer that generated bending moments greater than those generated from the transverse load of the structure.

[pt] O presente trabalho tem por objetivo estudar o comportamento de colunas esbeltas parcialmente enterradas, quando submetidas a um carregamento axial de compressão. A fundação é representada, ora por um modelo linear, o qual considera que a reação exercida pelo solo é proporcional às deflexões da coluna, ora por um modelo não-linear no qual esta relação de proporcionalidade não é mais verificada. Para a modelagem da coluna, é usada a teoria inextensional de barras esbeltas. Inicialmente, mostra-se como são deduzidas as equações diferenciais do problema a partir dos funcionais de energia da coluna. No problema linear, buscam-se obter as cargas críticas e modos críticos da coluna. Neste caso, sua solução analítica é encontrada a partir da resolução do problema de valor de contorno usando-se um programa de álgebra simbólica. Também é obtida uma solução aproximada através do método de Ritz. Um estudo paramétrico detalhado analisa a influência das condições de apoio da coluna e altura e rigidez da fundação na carga e modo críticos. Entretanto, no caso nãolinear, as equações diferenciais são mais complexas, não permitindo a obtenção de uma solução analítica. É utilizado, então, o método de Ritz, no qual as soluções analíticas obtidas para o problema linear (autofunções) são usadas como funções de interpolação. Em seguida, chega-se à uma equação não- linear de equilíbrio, da qual se obtém o caminho pós-crítico da coluna. Os resultados do problema nãolinear são comparados com os obtidos através do método dos elementos finitos. / [en] In this thesis the behavior of slender, partially embedded columns under axial compressive forces is studied. The foundation is either represented by a linear model, which considers that the soil reaction is proportional to the column’s deflections or by a non-linear model in which this proportionality relation is not observed. The inextensional slender beam theory is used to model the column. Initially, the governing differential equations are deduced from the energy functional of the column-foundation system. In the linear problem, the critical loads and corresponding critical modes are looked for. In this case, an analytic solution is obtained by the solution of the associated boundary value problem, using a symbolic algebra software. An approximate solution is also found by Ritz’s method. A parametric study is conducted to study the influence of the column boundary conditions and foundation’s height and stiffness on critical loads and modes. However, in the non-linear case, differential equations are much more complex and an analytical solution is not possible. So, the Ritz’s method is used once again, in which the analytic solutions of the linear problem (eigenfunctions) are used as interpolation functions. After that, a non-linear equilibrium equation is obtained together with the column post-buckling path. These results are compared with the ones obtained using the finite element method.

[pt] O crescimento populacional descontrolado e o desenvolvimento urbano desordenado têm testemunhado danos severos em assentamentos humanos no mundo. Fenômenos naturais extremos, como consequência de uma mudança climática abrupta, como o intenso aumento do índice pluviométrico, provocaram incidentes de deslizamentos de taludes que dificilmente seriam ignorados desde as últimas décadas. Pilhas feitas de materiais convencionais como a madeira, aço e concreto têm sido tradicionalmente utilizados para a estabilização de taludes, com a finalidade de evitar incidentes de desabamentos de aterros. O presente trabalho estuda o uso de um material não convencional, o bambu da espécie Dendrocalamus Giganteus (DG) para estabilidade de taludes, como uma alternativa de material para pilha mais amigável ao ambiente graças a sua disponibilidade geográfica e capacidade de absorção de gases de efeito estufa. Suas dimensões e mais importantes suas propriedades mecânicas, são totalmente compatíveis com as de um elemento de estaca estabilizadora de taludes. Uma análise do Método dos Elementos Finitos (FEM) foi desenvolvida no software PLAXIS para testes em 2 e 3 dimensões. Usando um modelo de encosta instável reforçada com estacas de bambu para observar a interação do solo-estaca e avaliar o fator de segurança (FS). Os resultados mostraram que as capacidades das pilhas de bambu são uma alternativa promissora para a estabilidade de taludes. / [en] Uncontrolled population growth and disorderly urban development had witnessed severe human settlement damages worldwide. Extreme natural phenomena consequence of abrupt climate change such as intense rainfall index increment had provoked landslides incidents hardly to ignore since last decades. Piles made of conventional materials such as timber, steel and concrete have traditionally been used for slope stabilization in order to prevent landslides incidents. The present paper studies the use of a non conventional material, the bamboo of the Dendrocalamus Giganteus (DG) species as bamboo-pile for slope stability, to become a more environmental friendly pile material alternative. Its dimensions and more important its mechanical properties, besides its geographical availability and greenhouse gases absorbing capabilities totally matches for an ecologic slope stabilizing pile element. Finite Element Method (FEM) analysis of bamboo-pile was developed on PLAXIS software for 2 and 3 dimensional tests. An unstable slope model condition was reinforced with bamboo-piles to observe the soil-pile interaction and evaluate the safety factor (SF). The results showed that the capabilities of the bamboo-piles are a promising alternative for slope stability.

[pt] O comportamento de radiers estaqueados submetidos a carregamento vertical é estudado nesse trabalho. O método de análise é baseado no método dos elementos finitos, através da utilização do programa ABAQUS. Estimativas de valores de recalque ao longo de três seções distintas e distribuição de forças nos topos das estacas são obtidas para diversas configurações de radiers estaqueados em meio homogêneo com diferentes quantidades e arranjos de estacas, para os quais são adotados diferentes comprimentos relativos das estacas L/d, coeficientes de Poisson do solo Vs e espessuras do radier. A maior parte do recalque ocorre imediatamente após a construção, sendo que os recalques por adensamento se apresentam maiores no centro do que na borda do radier. Uma considerável parcela da carga aplicada é transferida diretamente ao solo através do radier, especialmente sob condições não-drenadas. Para condições drenadas essa proporção é reduzida, mostrando que o efeito do coeficiente de Poisson do solo na distribuição de cargas é bastante significativo. A posição das estacas no radier afetam diretamente a proporção da carga transmitida diretamente do radier para o solo, sendo este efeito mais representativo à medida que aumentam o comprimento relativo das estacas e a rigidez do radier. Análises de capacidade de carga são realizadas em condições não-drenadas para todas as configurações avaliadas, mostrando que o aumento na rigidez do radier contribui significativamente para o aumento dos coeficientes de segurança das estacas. / [en] The behaviour of vertically loaded piled rafts is studied in this research. The main objective of this thesis is to analyse the behaviour of a piled raft foundation system acting on a homogeneous half-space subjected to vertical loading. The analysis is based on finite element method by using of the computational program ABAQUS. The evaluation of settlements along three main sections and the load distribution on pile top were obtained for several piled raft configurations in single layered soil profile with different pile number and position, considering different values of pile slenderness ratio, soil Poisson s ratio and also of raft thickness. It has been shown that the major component of the total settlement takes place immediately after the loading application and the component of the consolidation settlement are bigger close to the raft centre than values at the raft edge. A big part of the total applied load is directly transferred to the subsoil by the raft, which becomes more significant under undrained conditions. For drained conditions this ratio decreases, which have shown that the soil Poisson s ratio influence at the load distribution is significant. The pile position under the raft influences the percentage of the load transferred directly to the subsoil by the raft. This influence becomes more significant with the increase of the pile slenderness ratio and of the raft stiffness. The bearing capacity of the piled raft configurations for undrained conditions was evaluated, which have indicated that the increase of the raft stiffness contributes to the increase of the pile safety factors.