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.

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.