Tese de doutoramento. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Laboratório Nacional de Engenharia Civil. 2009

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-13T12:50:52Z No. of bitstreams: 1 CharlesPereiraChaves_DISSERT.pdf: 7082454 bytes, checksum: 4f66670ff6628ac2de7910aadac7f8c4 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-24T11:40:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CharlesPereiraChaves_DISSERT.pdf: 7082454 bytes, checksum: 4f66670ff6628ac2de7910aadac7f8c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-24T11:40:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CharlesPereiraChaves_DISSERT.pdf: 7082454 bytes, checksum: 4f66670ff6628ac2de7910aadac7f8c4 (MD5) Previous issue date: 2016-03-21 / As ancoragens helicoidais s?o estruturas de funda??es bastante utilizadas em linhas de transmiss?o e torres de telefonia. Praticidade de execu??o e viabilidade econ?mica s?o alguns fatores que vem tornando o seu uso cada vez mais comum no mercado nacional. Por?m podem apresentar algumas limita??es de comprimento durante sua execu??o. Situa??es em que haja necessidade de execut?-las em solos com presen?a de matac?es em sua estrutura pode tornar invi?vel o seu uso, devido a limita??es de se atingir a profundidade necess?ria das h?lices buscando atender as condi??es de capacidade de carga. J? solos de baixa resist?ncia (argila mole e areia fofa) pode inviabilizar sua execu??o, devido a necessidade de se atingir grandes profundidades das ancoragens para atender as exig?ncias de capacidade de carga, tornando seu custo de execu??o bastante oneroso ao executor. Pensando nisso, foi desenvolvido um modelo f?sico de ancoragem helicoidal em escala reduzida (1:3) na condi??o rasa, buscando atender as limita??es de profundidade e de viabilidade econ?mica das situa??es citadas acima. Sabendo que estando o sistema de ancoragem rasa em condi??es insuficientes de atender a capacidade de carga, foi realizado um refor?o no sistema de funda??o atrav?s da instala??o de uma geogrelha buscando aumentar a sua capacidade de carga mesmo este estando em condi??es de profundidade rasa. Foram realizados ensaios de provas de carga de arrancamento do modelo f?sico avaliando a efici?ncia do refor?o atrav?s da compara??o de ensaios com e sem refor?o. Foi necess?rio o desenvolvimento de uma metodologia de compacta??o do solo parara esta pesquisa, buscando garantir efici?ncia na compacta??o e repetitividade, garantindo condi??es de compacidade semelhantes em todos os ensaios realizados. Foi poss?vel detectar o alcance da cunha de ruptura real do sistema de ancoragem atrav?s de um mapeamento das deflex?es superficiais do solo antes e depois do ensaio de prova de carga comparando com as cunhas de rupturas te?ricas esperadas. Observou-se atrav?s dos resultados de provas de carga, que n?o houve aumento significativo da rigidez do solo para o regime de pequenas deforma??es, percebendo a atua??o do refor?o somente a grandes deforma??es do sistema de ancoragem. / Soil reinforcement with helical piles is still a subject that has been under development over the past decades. In this research, a shallow condition helical anchor prototype is proposed. It was built in a sandy soil reinforced with a geogrid. A metal rigid box was used to construct the prototype. The main objective of this study is to evaluate the influence of geosynthetic reinforcement on the anchoring system. In this regard, an experimental loading test program was performed in two groups: unreinforced soil tests an geogrid-reinforced soil ones. Four tests were conducted with anchors installed in unreinforced sand in order to standardize a test methodology, which assures repeatability on the same geotechnical conditions, and to define the pullout resistance in such condition. Three tests were performed with helical anchors installed in geogrid-reinforced sand. In the first geogrid-reinforced test, a single geosynthetic layer was placed over the sand soil, immediately above the upper helix. The two last tests in reinforced condition were performed with the geogrid placed on the same position, but folder upright in order to increase the soil-geosynthetic interaction. It was not observed any significant difference in the beginning of the load-displacement curve between tests performed under unreinforced and reinforced conditions. On the other hand, anchors pullout resistance in geogrid-reinforced sand has notably increased at larger displacements. This aspect has minor importance since practical displacements were already reached. Tests performed under unreinforced condition were also used to determine the actual slope of the rupture surface of the prototype, by mapping the soil surface displacements before and after the tests. It was compared with suggestions found in the technical literature. The geogrid-reinforcement was effective to improve helical anchor behavior only under high displacement values, usually above the allowable displacement of the anchor.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Maurílio Figueiredo (maurilioafigueiredo@yahoo.com.br) on 2016-02-04T12:22:07Z No. of bitstreams: 2 TESE_AncoragemSoloComportamento_V1.pdf: 7315827 bytes, checksum: 68b8d953f87775c10c75502096c25de8 (MD5) TESE_AncoragemSoloComportamento_V2.pdf: 20633573 bytes, checksum: 7a471631a89c8a385f997b89a005f8cd (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-02-05T11:17:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 TESE_AncoragemSoloComportamento_V1.pdf: 7315827 bytes, checksum: 68b8d953f87775c10c75502096c25de8 (MD5) TESE_AncoragemSoloComportamento_V2.pdf: 20633573 bytes, checksum: 7a471631a89c8a385f997b89a005f8cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-05T11:17:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE_AncoragemSoloComportamento_V1.pdf: 7315827 bytes, checksum: 68b8d953f87775c10c75502096c25de8 (MD5) TESE_AncoragemSoloComportamento_V2.pdf: 20633573 bytes, checksum: 7a471631a89c8a385f997b89a005f8cd (MD5) Previous issue date: 2015 / Apesar do largo emprego da técnica de ancoragens reinjetáveis e protendidas em obras geotécnicas no Brasil, pouca pesquisa nacional foi realizada sobre a resistência ao cisalhamento de interface solo-tirante e sobre a importância deste parâmetro no desempenho desta técnica na estabilidade de cortinas atirantadas e contenções especiais em geral. Além disso, em função da escassa bibliografia brasileira sobre o mecanismo de transferência de carga solo-bulbo, percebe-se que as obras de contenções especiais no Brasil são dimensionadas muitas vezes por metodologias que não se adequam satisfatoriamente com a realidade do solo nacional, ocasionando projetos que não cumprem o paradigma básico da engenharia que é: “possibilitar a execução de obras econômicas e seguras”. Neste sentido, busca-se, com esta tese, propor uma metodologia semiempírica simplificada via web para previsão de análise comportamental de ancoragens em obras geotécnicas, tanto em termos de controle tecnológico de obras de contenção, como estimativa de capacidade de carga geotécnica de ancoragens. Os dados técnicos necessários para o desenvolvimento deste trabalho foram obtidos a partir de ensaios de recebimento, qualificação e básico executados nos estados de São Paulo e Minas Gerais em conformidade com a NBR 5629. Pretende-se, portanto, neste trabalho, iniciar uma discussão sobre as diversas metodologias existentes para avaliar a capacidade de carga geotécnica de tirantes, bem como sua aplicação prática no dia a dia do engenheiro, através de um aplicativo web, garantindo, assim, um melhor controle de qualidade das ancoragens no Brasil. Embora a metodologia semiempírica simplificada apresentada nesta pesquisa tenha sido feita com base em um número restrito de ensaios, entende-se que a mesma pode ser generalizada e aprimorada ao longo do tempo com a inserção de novos ensaios e sistemática de análises diferentes. ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Despite the wide use of injection technique and prestressed anchors in geotechnical works in Brazil, very little genuinely national survey was conducted on resistance to soil interface shear rod and the importance of this parameter in the performance of this technique on the stability of cable-stayed curtains and special restraints in general. In addition, due to the scarce Brazilian literature on the ground-bulb load transfer mechanism realizes that the special works of contention in Brazil are often scaled by methods that do not fit well with the reality of national soil, causing projects that do not meet the basic paradigm of engineering that is "Enabling the execution of economic and safe work". In this sense, we try to, with this thesis, propose a simplified semi-empirical methodology via web to predict behavioral analysis anchors in geotechnical works, both in terms of technological control containment works, as estimates of geotechnical load capacity anchorages. The technical data necessary for the development of this study were obtained from receiving testing, qualification and basic run in the states of São Paulo and Minas Gerais in accordance with the NBR 5629. It is intended, therefore, in this work, start a discussion on the various existing methodologies to assess the geotechnical load capacity rods, as well as their practical application in everyday engineer, through a web application, thus ensuring a better quality control of anchors designed and executed in Brazil. Although the simplified semi-empirical methodology presented in this research has been done on the basis of a limited number of tests, it is understood that it can be generalized and improved over time with the inclusion of new tests and systematic analysis of different.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-07T11:31:11Z No. of bitstreams: 1 DissJHLD.pdf: 3895353 bytes, checksum: 53c29aff0accbd5c314333ed3809d578 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T13:47:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJHLD.pdf: 3895353 bytes, checksum: 53c29aff0accbd5c314333ed3809d578 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T13:47:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJHLD.pdf: 3895353 bytes, checksum: 53c29aff0accbd5c314333ed3809d578 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T13:48:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJHLD.pdf: 3895353 bytes, checksum: 53c29aff0accbd5c314333ed3809d578 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Não recebi financiamento / One of the most important principles in the connections design is the continuous search for simple solutions. Maximum economy in the precast construction is achieved with simple connection elements, with adequate performance and quick installation. One of the alternatives to be considered during the project to improve the simplicity in the column production is to avoid holes and cuts in the formwork. Projections and holes in the forms are laborious and reduce its lifecycle. Then, in order to make the column production process easier, this work aims study the alternative of using chemical adhesive for fastening the corbel reinforcement after casting the column. The work presents a literature review about the main concepts that are important to this solution: Connections design, chemical anchors, corbels and strut and tie models. The research also contains an experimental program with 3 tests full scale specimens with equal dimensions short corbels. Were tested 2 postinstalled corbels with the main tie reinforcement fastened with adhesive anchor and 1 cast in corbel with the main tie reinforcement anchored with hooked 90 º bars. The cast in corbel (specimen A) was designed according to the recommendations of the standards NBR6118:2014 e NBR9062:2006, 1 post-installed corbel (specimen B) was designed with the same anchorage length of the cast in corbel and the other post-installed corbel was designed according to the recommendations of the chemical adhesive producer. This way, was possible evaluate the influence of the anchorage length in the corbel behavior and the safety of the solution comparing with a cast in corbel. The anchorage length did not influence the corbel behavior during the test. The specimen A presented the ultimate load of 400 kN, specimen B 340 kN and specimen C 377 kN. All of the specimens presented failure by flexure-tension in a ductile manner and ultimate loads higher than foreseen by standards and calculation models. The post-installed specimens (B and C) had a similar behavior, presented higher crack width and were less stiffer than the specimen A. Specimens B and C also presented an inclined crack in the anchorage region of the column that alert to a different stress distribution in the anchorage region. Thus the solution of post-installed corbels with adhesive anchors presented a satisfactory performance, further research is needed in order to reduce the crack widths in the corbel region and avoid the cracks in the column. / Um dos princípios mais importantes no projeto de ligações é a busca contínua por soluções simples. A máxima economia em uma construção pré-moldada é atingida quando os elementos de ligação são razoavelmente simples, com um desempenho adequado e com uma montagem rápida. Uma das alternativas a ser considerada durante o projeto, visando melhorar a simplicidade na produção de pilares, é evitar furos e saliências nas fôrmas. Projeções que requerem furações e recortes nas fôrmas são trabalhosas e reduzem sua vida útil. Assim, com o intuito de facilitar o processo produtivo de pilares com consolos, o presente trabalho visa estudar a alternativa de utilizar adesivos químicos para a instalação das barras que compõe a armadura e concretagem do consolo em etapa posterior à execução do pilar. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica acerca dos principais conceitos que são importantes para esta solução: comportamento de ligações, ancoragens químicas, consolos e modelos de bielas e tirantes. A pesquisa também traz um programa experimental no qual foram ensaiados três modelos em escala real com consolo curto de mesmas dimensões, dois consolos com armadura do tirante ancorada com ancoragem química e um consolo monolítico com armadura ancorada com gancho dobrado a 90º. O consolo monolítico (modelo A) foi projetado atendendo os requisitos das normas NBR 6118:2014 e NBR 9062:2006. Um modelo (modelo B) com ancoragem química foi projetado com o mesmo comprimento de ancoragem do modelo monolítico e outro modelo (modelo C) com ancoragem química foi projetado conforme as recomendações do fabricante do adesivo químico. Desta forma, foi possível avaliar, através da comparação entre os modelos, a influência no comportamento do comprimento de ancoragem e a segurança desta solução em comparação com um consolo monolítico. O comprimento de ancoragem não apresentou influência no comportamento dos consolos pós-instalados. O modelo A apresentou carga última de 400 kN, o modelo B de 340 kN e o modelo C de 377 kN. Todos os modelos apresentaram ruptura por tração na flexão de forma dúctil e cargas últimas maiores que o previsto por normas e modelos de cálculo Os modelos com ancoragem química (B e C) tiveram comportamento similar, apresentaram maior abertura de fissuras e menor rigidez em comparação com o modelo monolítico. Os modelos B e C também apresentaram uma fissura inclinada no pilar na região da ancoragem, que atenta para uma distribuição de tensões diferente na região da ancoragem. A alternativa de consolos com ancoragens químicas mostrou comportamento satisfatório, no entanto, a solução ainda necessita de maiores estudos, principalmente no sentido de se reduzir a abertura de fissuras no consolo e combater o aparecimento de fissuras no pilar.

Submitted by Luanna Matias (lua_matias@yahoo.com.br) on 2015-03-24T12:37:50Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marina Craveiro Curado - 2011.pdf: 3629916 bytes, checksum: d41ed968987bcb1605d4561dc26afc0b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Matias (lua_matias@yahoo.com.br) on 2015-03-24T12:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marina Craveiro Curado - 2011.pdf: 3629916 bytes, checksum: d41ed968987bcb1605d4561dc26afc0b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T12:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marina Craveiro Curado - 2011.pdf: 3629916 bytes, checksum: d41ed968987bcb1605d4561dc26afc0b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2011-07-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Curved anchorages shall be used once there is the need of reducing the necessary length for the transference of stresses between reinforcement and concrete. The transference of stresses in this case is performed not only through the bond between both materials but also through radial compression onto the concrete. Besides enhancing the bond properties between the reinforcement and the concrete, the addition of steel fibers to the concrete also enhances the strength to material tension contributing to avoid the splitting within the loop level. This paper aims at studying connections resistant to normal tension force composed by the overlapping of bent bars into loop shape. In order to do so, an experimental program was developed to evaluate the influence of some variables in the anchorage strength and connections formed by bent bars into loop shape. In both cases, the bending diameter of the loop and the grade of steel fibers added to the concrete were adopted as variables. Different development lengths regarding the pullout experimental data were also considered in order to assess anchorage strength. The influence over connection strength of the transversal reinforcement presence to the loop level was also analyzed. The outcomes of experimental data showed that the adopted bending diameter to the loop have influenced neither anchorage strength nor connections. Anchorage strength is related to the development length of the reinforcement within the concrete. Once 2% of steel fibers were added to the concrete, there was yielding of the reinforcement into a development length of only 50 mm. Regarding the connections, the presence of transversal reinforcement ensured a gradual loss of force within the post-peak section. Such reinforcement only influenced the connection strength when it was used together with 1% steel fibers. The fibers provided additions to the anchorage strengths and to the connections allowing the length reduction of anchorage loops. The strut and tie model was employed within the development of one expression to the calculation of the studied connection strength. Overall, the proposed equation tended to underestimate the values of maximum force. / As ancoragens curvas podem ser utilizadas quando se deseja reduzir o comprimento necessário para transferência de tensões entre as barras da armadura e o concreto. Neste caso, a transferência de tensões é realizada não apenas por meio da aderência entre os dois materiais, mas também por compressão radial no concreto. A adição de fibras de aço ao concreto além de melhorar as propriedades de aderência entre a armadura e o concreto, aumenta a resistência à tração do material, contribuindo para evitar o fendilhamento no plano do laço. Este trabalho tem como objetivo estudar uma ligação resistente à força normal de tração constituída pelo traspasse de barras dobradas em forma de laço. Para tanto, foi desenvolvido um programa experimental que buscou avaliar a influência de algumas variáveis sobre a resistência de ancoragem e de ligações formadas por barras dobradas em forma de laço. Nos dois casos, foram adotados como variáveis o diâmetro de dobramento do laço e o teor de fibras de aço adicionadas ao concreto. No caso dos ensaios de arrancamento, para avaliação da resistência da ancoragem, foram também considerados diferentes comprimentos de ancoragem. Investigou-se, ainda, a influência sobre a resistência da ligação da presença de armadura transversal ao plano do laço. Os resultados dos ensaios indicaram que o diâmetro de dobramento adotado para o laço não influenciou a resistência da ancoragem nem das ligações. A resistência de ancoragem está basicamente relacionada ao comprimento de embutimento da armadura no concreto. Com a adição de 2% de fibras de aço ao concreto houve o escoamento da armadura para um comprimento de ancoragem de apenas 50 mm. No caso das ligações, a presença da armadura transversal garantiu perda gradual da força no trecho pós-pico. Essa armadura influenciou a resistência da ligação apenas quando utilizada em conjunto com as fibras de aço no teor de 1%. As fibras proporcionaram acréscimos na resistência das ancoragens e das ligações, além de terem permitido a redução do comprimento de ancoragem dos laços. O Modelo de Bielas e Tirantes foi empregado no desenvolvimento de uma expressão para o cálculo da resistência da ligação estudada. De modo geral, a equação proposta tendeu a subestimar os valores de força máxima.

Ancoragens são muito utilizadas na estabilização do maciço rochoso pela rapidez e baixo custo, embora sua análise não seja completamente entendida devido à interação de diferentes materiais como rocha, graute e aço. Este documento apresenta os resultados de um estudo realizado em juntas lisas reforçadas com ancoragens. Foram ensaiadas ancoragens com barras de diferentes diâmetros e diferentes orientações em relação ao plano da descontinuidade. Os ensaios realizados para avaliar o comportamento deste tipo de reforço foram o ensaio de arrancamento em tubo duplo e o ensaio de cisalhamento em juntas lisas reforçadas. Os ensaios de arrancamento em tubo duplo demonstraram que a resistência ao arrancamento é dependente da resistência à tração da barra. As deformações internas no sistema foram idealizadas através da obtenção de um comprimento livre hipotético de uma barra livre submetida a tração. Nos ensaios de cisalhamento, avaliou-se a melhora da resistência ao cisalhamento de descontinuidades lisas reforçadas com barras ancoradas. Observaram-se dois picos de carga mobilizada antes da ruptura do sistema no caso de barras perpendiculares ao plano da descontinuidade. Este fato introduz significativa ductilidade ao sistema e é importante do ponto de vista de confiabilidade do sistema. A ruptura das ancoragens se produz devido a uma combinação de efeitos de tração, flexão, e cortantes. Os sistemas reforçados com áreas maiores de aço apresentaram maior ductilidade, e, portanto oferecem maior segurança. Os resultados sugerem que uma vez superado o comprimento mínimo ancorado a ruptura das ancoragens acontecerá por ruptura das barras de aço e não por aderência na interface barra-graute, concluindo-se que a resistência das ancoragens é dependente da resistência de ruptura e da área de aço utilizada. Finalmente, esta pesquisa contribui ao entendimento dos mecanismos de ruína que acontecem num maciço reforçado com ancoragens. / Rock anchors are widely used to stabilize rock masses due to their rapid installation and low cost. Their behavior is not fully understood because of the interaction of different elements such as rock, grout and steel. This document presents the results of both pull-out and shear tests on steel bar reinforced discontinuities. Tests were carried out with different diameters and orientations of bars with respect to the discontinuity plane. Double-pipe pullout tests and smooth-joint anchor-reinforced shear tests were performed. The results of double-pipe pull-out tests were analyzed in terms of both strength and deformations. Internal strains were idealized through a model based on hypothetical length of a free bar. In the smooth-joint anchor-reinforced shear tests, both increase in shear strength and ductility were evaluated. Two load peaks were observed in test with bars perpendicular to the joint plane. Ductility is significantly increased with respect to joints reinforced with inclined bars. This is important for reliability evaluation. The failure of anchors is produced by a combination of tensile, bending, and shear internal forces. The systems reinforced with a greater amount of steel presented more ductile behavior than those less reinforced. The results suggest that since the minimum anchor length is exceeded, the system failure is governed by the rebar failure and not by the adhesion in the rebar-grout interface. From this, it is concluded that the anchor strength is dependent on the strength and cross section area of the rebar. Finally, this research contributes to better understanding of the failure mechanisms of anchor-reinforced rock masses.

Helical anchors, used widely to resist uplift loading for a variety of applications, including in transmission towers, pipelines, offshore structures, etc., are subjected to environmental cyclic loads that influence the anchor performance and may induce fatigue failure. However, the influence of cyclic loading on helical anchor behaviour is unknown. A comprehensive evaluation of the effect of cyclic loading on the load-displacement response of single-helix anchors in sandy soils is presented here, including an interaction diagram to help designers evaluate the impact of different conditions in cyclic loadings. The experimental work of this thesis includes geotechnical centrifuge modelling and field load tests. The centrifuge model tests were carried out with reduced scale models of helical anchors in sand, at IFSTTAR (Nantes, France). The field load tests were performed on helical anchors installed in a tropical residual soil of the Experimental Site of the University of São Paulo (São Carlos, Brazil). In addition, numerical modelling was used to predict the pre- and postcyclic responses of the single-helix anchors tested in a centrifuge. The main findings of this research are: (a) helical anchor behaviour is governed by helix bearing resistance, and no loss of helix bearing capacity was observed in the range of cyclic loadings tested, (b) the degradation of shaft resistance was noticed mainly during the first 100 cycles, when the accumulation of permanent displacements is more significant, (c) an interaction diagram showing the different conditions of cyclic stability is proposed from the results of the experimental data, (d) modified values of the bearing capacity factor in tension (Nq) are suggested for the estimation of post-cyclic uplift capacity of single-helix anchors in sand, (e) the installation effect of the anchor should be taken into account in the numerical model in order to obtain reliable predictions of the helical anchor performance. / As estacas helicoidais são largamente utilizadas para resistir a carregamentos de tração em uma variedade de aplicações como torres de linhas de transmissão de energia, dutos enterrados, estruturas offshore, etc. Estes tipos de estruturas são normalmente submetidos a carregamentos cíclicos que influenciam o desempenho de fundações por estacas helicoidais submetidas a esforços de tração, e podem induzir ruptura por degradação da capacidade de carga. Contudo, a influência do carregamento cíclico no comportamento das estacas helicoidais (ou ancoragens helicoidais, quando submetidas apenas a esforços de tração) é pouco conhecida. Uma avaliação abrangente do efeito de carregamentos cíclicos sobre o comportamento das ancoragens helicoidais é apresentada nesta tese, incluindo um diagrama de interação para auxiliar na avaliação do impacto de diferentes condições de carregamento cíclico. O trabalho experimental desta tese inclui modelagem em centrífuga geotécnica e ensaios de carregamento cíclico em estacas na grandeza real em campo. Os ensaios em centrífuga foram realizados com modelos reduzidos de estacas helicoidais em areia, no IFSTTAR (Nantes, França). Os ensaios de campo foram realizados em ancoragens helicoidais instaladas no solo residual tropical do Campo Experimental de Fundações da Universidade de São Paulo (São Carlos, Brasil). Além disso, modelos numéricos foram utilizados para simular os resultados do comportamento das ancoragens helicoidais ensaiadas em centrífuga nas condições pré- e pós-ciclos. Os principais resultados desta pesquisa são: (a) a capacidade de carga à tração da ancoragem helicoidal é controlada pela capacidade de carga da hélice, (b) a degradação da resistência por atrito lateral foi observada principalmente durante os primeiros 100 ciclos, período em que a acumulação dos deslocamentos permanentes é mais significante, (c) um diagrama de interação mostrando as diferentes condições de estabilidade cíclica é proposto a partir dos resultados experimentais em centrífuga, (d) valores modificados do fator de capacidade de carga em tração (Nq) são sugeridos para estimativa da capacidade pós-ciclos de ancoragens helicoidais com uma hélice em areia, (e) o efeito da instalação da ancoragem deve ser levado em consideração no modelo numérico para que se obtenha previsões confiáveis do desempenho de ancoragens helicoidais.

Helical anchors, used widely to resist uplift loading for a variety of applications, including in transmission towers, pipelines, offshore structures, etc., are subjected to environmental cyclic loads that influence the anchor performance and may induce fatigue failure. However, the influence of cyclic loading on helical anchor behaviour is unknown. A comprehensive evaluation of the effect of cyclic loading on the load-displacement response of single-helix anchors in sandy soils is presented here, including an interaction diagram to help designers evaluate the impact of different conditions in cyclic loadings. The experimental work of this thesis includes geotechnical centrifuge modelling and field load tests. The centrifuge model tests were carried out with reduced scale models of helical anchors in sand, at IFSTTAR (Nantes, France). The field load tests were performed on helical anchors installed in a tropical residual soil of the Experimental Site of the University of São Paulo (São Carlos, Brazil). In addition, numerical modelling was used to predict the pre- and postcyclic responses of the single-helix anchors tested in a centrifuge. The main findings of this research are: (a) helical anchor behaviour is governed by helix bearing resistance, and no loss of helix bearing capacity was observed in the range of cyclic loadings tested, (b) the degradation of shaft resistance was noticed mainly during the first 100 cycles, when the accumulation of permanent displacements is more significant, (c) an interaction diagram showing the different conditions of cyclic stability is proposed from the results of the experimental data, (d) modified values of the bearing capacity factor in tension (Nq) are suggested for the estimation of post-cyclic uplift capacity of single-helix anchors in sand, (e) the installation effect of the anchor should be taken into account in the numerical model in order to obtain reliable predictions of the helical anchor performance. / As estacas helicoidais são largamente utilizadas para resistir a carregamentos de tração em uma variedade de aplicações como torres de linhas de transmissão de energia, dutos enterrados, estruturas offshore, etc. Estes tipos de estruturas são normalmente submetidos a carregamentos cíclicos que influenciam o desempenho de fundações por estacas helicoidais submetidas a esforços de tração, e podem induzir ruptura por degradação da capacidade de carga. Contudo, a influência do carregamento cíclico no comportamento das estacas helicoidais (ou ancoragens helicoidais, quando submetidas apenas a esforços de tração) é pouco conhecida. Uma avaliação abrangente do efeito de carregamentos cíclicos sobre o comportamento das ancoragens helicoidais é apresentada nesta tese, incluindo um diagrama de interação para auxiliar na avaliação do impacto de diferentes condições de carregamento cíclico. O trabalho experimental desta tese inclui modelagem em centrífuga geotécnica e ensaios de carregamento cíclico em estacas na grandeza real em campo. Os ensaios em centrífuga foram realizados com modelos reduzidos de estacas helicoidais em areia, no IFSTTAR (Nantes, França). Os ensaios de campo foram realizados em ancoragens helicoidais instaladas no solo residual tropical do Campo Experimental de Fundações da Universidade de São Paulo (São Carlos, Brasil). Além disso, modelos numéricos foram utilizados para simular os resultados do comportamento das ancoragens helicoidais ensaiadas em centrífuga nas condições pré- e pós-ciclos. Os principais resultados desta pesquisa são: (a) a capacidade de carga à tração da ancoragem helicoidal é controlada pela capacidade de carga da hélice, (b) a degradação da resistência por atrito lateral foi observada principalmente durante os primeiros 100 ciclos, período em que a acumulação dos deslocamentos permanentes é mais significante, (c) um diagrama de interação mostrando as diferentes condições de estabilidade cíclica é proposto a partir dos resultados experimentais em centrífuga, (d) valores modificados do fator de capacidade de carga em tração (Nq) são sugeridos para estimativa da capacidade pós-ciclos de ancoragens helicoidais com uma hélice em areia, (e) o efeito da instalação da ancoragem deve ser levado em consideração no modelo numérico para que se obtenha previsões confiáveis do desempenho de ancoragens helicoidais.

Ancoragens são muito utilizadas na estabilização do maciço rochoso pela rapidez e baixo custo, embora sua análise não seja completamente entendida devido à interação de diferentes materiais como rocha, graute e aço. Este documento apresenta os resultados de um estudo realizado em juntas lisas reforçadas com ancoragens. Foram ensaiadas ancoragens com barras de diferentes diâmetros e diferentes orientações em relação ao plano da descontinuidade. Os ensaios realizados para avaliar o comportamento deste tipo de reforço foram o ensaio de arrancamento em tubo duplo e o ensaio de cisalhamento em juntas lisas reforçadas. Os ensaios de arrancamento em tubo duplo demonstraram que a resistência ao arrancamento é dependente da resistência à tração da barra. As deformações internas no sistema foram idealizadas através da obtenção de um comprimento livre hipotético de uma barra livre submetida a tração. Nos ensaios de cisalhamento, avaliou-se a melhora da resistência ao cisalhamento de descontinuidades lisas reforçadas com barras ancoradas. Observaram-se dois picos de carga mobilizada antes da ruptura do sistema no caso de barras perpendiculares ao plano da descontinuidade. Este fato introduz significativa ductilidade ao sistema e é importante do ponto de vista de confiabilidade do sistema. A ruptura das ancoragens se produz devido a uma combinação de efeitos de tração, flexão, e cortantes. Os sistemas reforçados com áreas maiores de aço apresentaram maior ductilidade, e, portanto oferecem maior segurança. Os resultados sugerem que uma vez superado o comprimento mínimo ancorado a ruptura das ancoragens acontecerá por ruptura das barras de aço e não por aderência na interface barra-graute, concluindo-se que a resistência das ancoragens é dependente da resistência de ruptura e da área de aço utilizada. Finalmente, esta pesquisa contribui ao entendimento dos mecanismos de ruína que acontecem num maciço reforçado com ancoragens. / Rock anchors are widely used to stabilize rock masses due to their rapid installation and low cost. Their behavior is not fully understood because of the interaction of different elements such as rock, grout and steel. This document presents the results of both pull-out and shear tests on steel bar reinforced discontinuities. Tests were carried out with different diameters and orientations of bars with respect to the discontinuity plane. Double-pipe pullout tests and smooth-joint anchor-reinforced shear tests were performed. The results of double-pipe pull-out tests were analyzed in terms of both strength and deformations. Internal strains were idealized through a model based on hypothetical length of a free bar. In the smooth-joint anchor-reinforced shear tests, both increase in shear strength and ductility were evaluated. Two load peaks were observed in test with bars perpendicular to the joint plane. Ductility is significantly increased with respect to joints reinforced with inclined bars. This is important for reliability evaluation. The failure of anchors is produced by a combination of tensile, bending, and shear internal forces. The systems reinforced with a greater amount of steel presented more ductile behavior than those less reinforced. The results suggest that since the minimum anchor length is exceeded, the system failure is governed by the rebar failure and not by the adhesion in the rebar-grout interface. From this, it is concluded that the anchor strength is dependent on the strength and cross section area of the rebar. Finally, this research contributes to better understanding of the failure mechanisms of anchor-reinforced rock masses.