Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5794031 bytes, checksum: 6385868d5c4cc5dafb016be2120b521a (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 / This paper deals with the study of the permissible load or load-resistant design through testing Static Load Test on deep foundation, this test differs from the other through a system of reaction (hydraulic jack), implanted inside the element structural convenient depth, ie run as part of the cutting element of reaction, precluding the need for an external system. The hydraulic jack is called Expansiva cell hydrodynamics and their use is intended to obtain geotechnical parameters by means of load versus displacement curves, which show the evolution of the equilibrium of the system under the applied load. The recorded parameters enabled the comparative analysis of the data obtained by analyzing the curves of load tests with the parameters of the estimated carrying capacity of the soil mass, obtained by means of semi-empirical methods of foundation engineering. It was concluded that even with the adjustments of the semi-empirical methods, the permissible load is calculated by such methods over dimensioned compared with that obtained by analysis of load versus displacement curves also verified that the methodology presented proof load is easy to perform and has good efficiency for development of the test static load test. / O presente trabalho trata do estudo da carga admissível ou da carga resistente de projeto por meio do ensaio de Prova de Carga Estática em fundação profunda, tal ensaio se difere dos demais através de um sistema de reação (macaco hidráulico), implantado no interior do elemento estrutural, em profundidade conveniente, ou seja, parte da estaca funcionada como elemento de reação, excluindo a necessidade de um sistema externo. O macaco hidráulico é denominado Célula Expansiva Hidrodinâmica e o seu uso tem a finalidade de obter parâmetros geotécnicos, através de curvas de carga x deslocamento, que evidenciam a evolução do equilíbrio do sistema com a carga aplicada. Os parâmetros registrados propiciaram a análise comparativa dos dados obtidos através da análise das curvas das provas de carga com os parâmetros da estimativa da capacidade de carga do maciço de solo, obtidos por meio dos métodos semi-empíricos da engenharia de fundações. Concluiu- se que mesmo com as adequações dos métodos semi-empíricos, a carga admissível calculada por tais métodos foi sobre dimensionada, quando comparada com a obtida através da análise das curvas carga x deslocamento, também verificou-se que a metodologia apresentada de prova de carga é de fácil execução e tem boa eficiência para elaboração do ensaio de prova de carga estática.

Tem sido observado, de longa data, que ensaios de carregamento dinâmico e provas de carga estática realizados em estacas cravadas após diferentes intervalos de tempo da cravação mostram que podem ocorrer variações nas suas capacidades de carga ao longo do tempo, que em certos casos levam ao aumento da resistência do solo e em outros casos resultam na diminuição da resistência do solo. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica do fenômeno de ganho, com o tempo, de resistência de estacas cravadas em solos argilosos conhecido por efeito \"set-up\", cujos principais mecanismos são explicados por teorias relacionadas à variação das pressões neutras, geradas ao redor das estacas durante a cravação. O método adotado nas análises envolve conceitos da teoria da expansão da cavidade cilíndrica, onde o objetivo principal é entender o comportamento de estacas cravadas em solos argilosos, nos quais o efeito \"set-up\" é normalmente mais acentuado. Os fenômenos pertinentes são avaliados através de análises teóricas, usando o método de Randolph, e numéricas, recorrendo ao método dos elementos finitos. Estas análises foram validadas através de modelagens numéricas comparadas a dados de campo apresentados por ETC (Earth Technology Corporation), sendo observada boa aderência entre os dados de campos e os resultados das estimativas teóricas. A aplicação desta metodologia permite estimar variações tanto das tensões radiais efetivas quanto dos atritos laterais unitários em função do tempo, levando em conta dois parâmetros mais relevantes, a saber, resistência não-drenada e coeficiente de adensamento primário horizontal. Comparações são feitas a ensaios de carregamento dinâmico realizados em estacas cravadas em uma obra da Baixada Santista (SP). Os resultados obtidos mostram uma dispersão no ganho das resistências das estacas analisadas, mas com variações dentro de uma faixa de valores relativamente estreita. Além disso, revelam valores teóricos de \"set-up\", relativo a parcela de atrito lateral, em um intervalo entre 2,0 e 2,5 aproximadamente, 20 dias após a cravação. Apesar das dispersões encontradas, inerentes a este tipo de estudo, considera-se que os resultados obtidos significam um importante passo para melhor entendimento do efeito \"set-up\". / For a long time, it has been observed that load tests performed on driven piles show that there may be variations in load capacity over time, which in some cases lead to an increase in soil resistance and in other cases result in decrease of soil resistance. In this study, a review is presented about the mechanisms that lead to the gains in pile load capacity with time, known as \"set-up\", whose main mechanisms are explained by theories related to the excess porepressures generated around the piles during installation. The presented method involves the theory of cylindrical cavity expansion, where the main objective is to understand the behavior of driven piles in clayey soils, in which \"Set-up\" is usually more pronounced. The relevant phenomena are evaluated by theoretical analysis, based in Randolph\'s method, and numerical analysis, using the finite element method. These analyzes were validated through numerical analysis compared to field data presented by ETC (Earth Technology Corporation). Good agreement has been observed between field data and the theoretical results. The methodology allows to estimate variations in both the effective radial stress and the unit friction resistance over time, considering two main parameters, undrained shear strength and horizontal coefficient of consolidation. Comparisons are made to dynamic load tests conducted on driven piles located in Santos Coastal Plane (\"Baixada Santista\"), in São Paulo - Brazil. A dispersion in the results of the load capacities has been observed, but within a relatively narrow range of values. In adittion, the theoretical values of lateral \"set-up\" were obtained in a range between 2,0 and 2,5 approximately 20 days after installation. Knowing that dispersions are inherent to this type of study, it is considered that the results imply an important step to a better understanding of the \"set-up\".

Tem sido observado, de longa data, que ensaios de carregamento dinâmico e provas de carga estática realizados em estacas cravadas após diferentes intervalos de tempo da cravação mostram que podem ocorrer variações nas suas capacidades de carga ao longo do tempo, que em certos casos levam ao aumento da resistência do solo e em outros casos resultam na diminuição da resistência do solo. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica do fenômeno de ganho, com o tempo, de resistência de estacas cravadas em solos argilosos conhecido por efeito \"set-up\", cujos principais mecanismos são explicados por teorias relacionadas à variação das pressões neutras, geradas ao redor das estacas durante a cravação. O método adotado nas análises envolve conceitos da teoria da expansão da cavidade cilíndrica, onde o objetivo principal é entender o comportamento de estacas cravadas em solos argilosos, nos quais o efeito \"set-up\" é normalmente mais acentuado. Os fenômenos pertinentes são avaliados através de análises teóricas, usando o método de Randolph, e numéricas, recorrendo ao método dos elementos finitos. Estas análises foram validadas através de modelagens numéricas comparadas a dados de campo apresentados por ETC (Earth Technology Corporation), sendo observada boa aderência entre os dados de campos e os resultados das estimativas teóricas. A aplicação desta metodologia permite estimar variações tanto das tensões radiais efetivas quanto dos atritos laterais unitários em função do tempo, levando em conta dois parâmetros mais relevantes, a saber, resistência não-drenada e coeficiente de adensamento primário horizontal. Comparações são feitas a ensaios de carregamento dinâmico realizados em estacas cravadas em uma obra da Baixada Santista (SP). Os resultados obtidos mostram uma dispersão no ganho das resistências das estacas analisadas, mas com variações dentro de uma faixa de valores relativamente estreita. Além disso, revelam valores teóricos de \"set-up\", relativo a parcela de atrito lateral, em um intervalo entre 2,0 e 2,5 aproximadamente, 20 dias após a cravação. Apesar das dispersões encontradas, inerentes a este tipo de estudo, considera-se que os resultados obtidos significam um importante passo para melhor entendimento do efeito \"set-up\". / For a long time, it has been observed that load tests performed on driven piles show that there may be variations in load capacity over time, which in some cases lead to an increase in soil resistance and in other cases result in decrease of soil resistance. In this study, a review is presented about the mechanisms that lead to the gains in pile load capacity with time, known as \"set-up\", whose main mechanisms are explained by theories related to the excess porepressures generated around the piles during installation. The presented method involves the theory of cylindrical cavity expansion, where the main objective is to understand the behavior of driven piles in clayey soils, in which \"Set-up\" is usually more pronounced. The relevant phenomena are evaluated by theoretical analysis, based in Randolph\'s method, and numerical analysis, using the finite element method. These analyzes were validated through numerical analysis compared to field data presented by ETC (Earth Technology Corporation). Good agreement has been observed between field data and the theoretical results. The methodology allows to estimate variations in both the effective radial stress and the unit friction resistance over time, considering two main parameters, undrained shear strength and horizontal coefficient of consolidation. Comparisons are made to dynamic load tests conducted on driven piles located in Santos Coastal Plane (\"Baixada Santista\"), in São Paulo - Brazil. A dispersion in the results of the load capacities has been observed, but within a relatively narrow range of values. In adittion, the theoretical values of lateral \"set-up\" were obtained in a range between 2,0 and 2,5 approximately 20 days after installation. Knowing that dispersions are inherent to this type of study, it is considered that the results imply an important step to a better understanding of the \"set-up\".

Esta tese apresenta os princípios e a formulação de um modelo não-linear de atrito estático em interface de concreto areia. A hipótese básica para desenvolvimento das equações consiste na ocorrência do atrito de deslizamento (atrito verdadeiro), do atrito de rolamento (rearranjo das partículas) e da dilatância (variação de volume durante o cisalhamento). A solução analítica do modelo considera o efeito da rugosidade da superfície de contato, da curva granulométrica da areia e do seu estado de compacidade inicial. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carga normal constante em interface de contato entre concreto e areia com seção de 500 mm x 500 mm com o objetivo de permitir a calibração do modelo proposto. É discutida e sugerida a incorporação da equação constitutiva desse modelo em análises de interação solo-estrutura via método dos elementos finitos. Sua aplicabilidade é demonstrada através da análise 1D e 2D de estacas de atrito executadas em areia e submetidas a carregamentos de compressão / This thesis presents the principles and formulation underlying a concrete-sand interface nonlinear static friction model. The basic hypothesis employed in the development of the model equation takes into account the interface sliding friction (true friction), a rolling friction (particle rearrangement) and dilatancy(volume variation during shear). The model analytical solution considers the effect of roughness of the contact surface, the grain size distribution and its initial state of compactness of the sand. To calibrate the proposed model, a direct shear stress test under constant load was carried out along a 500mm x 500mm section concrete-sand interface. Furthermore, a discussion and suggestion of the inclusion of the model constitutive equation applied to the analysis of soil-structure interaction using the finite element method are presented. The applicability of the proposed model is proven through the analysis of 1-D and 2-D skin friction piles made of sand mass subjected to compression load

Onshore wind turbine foundations are mainly subjected to large overturning moments. The wind action imposes cyclic and dynamic loading conditions which occur in extreme and service scenarios. Deep foundations, when used, transfer this large overturning moment through a pile group which combines the axial and lateral resistance of all piles. Several authors noticed that cyclic axially loaded piles could have their resistance reduced due to shaft friction degradation. Considerable efforts have been made to understand this degradation phenomenon. However, the design and performance of cyclic axial loaded piles require greater advances. Therefore, this research sought to assess the shaft friction degradation of axially loaded piles in wind turbine deep foundations, especially for those located in Brazil. Several issues related to the main objective of this study had to be addressed because onshore wind turbine foundations are an area of recent research, especially in Brazil. The first stage of this research explored the key aspects of onshore wind turbine foundations in Brazil and compared them with the worldwide status. The main reason to explore this subject is that several authors consider onshore wind turbine foundations a well-understood topic; however, limited data from actual situations have been published, especially in developing countries where wind energy projects have recently started. Thus, a survey on Brazilian energy companies and foundation designers was conducted, and the first Brazilian database of wind turbine foundations was created. This database contains data from more than three thousand Brazilian wind turbine foundations. The key aspects, types and dimensions of these foundations were summarized. Worldwide, concrete gravity foundations are the most commonly used foundation type for onshore wind turbines. In Brazil, 43.3% of the wind turbines had shallow foundations, essentially concrete gravity, and 56.7% had deep foundations, mostly continuous flight auger piles. The foundation type was chosen according to the local foundation expertise and geotechnical conditions, which included soil type, water table level, soil layer resistance, the extent of porous soil layers and bedrock depth. This first stage of the research identified that Brazilian wind turbine foundations are significantly different from other countries. Approximately 70% of Brazilian wind turbine deep foundations used continuous flight auger piles, most of them embedded in sandy soils. Therefore, experimental investigations of the sand-concrete interface response under monotonic and cyclic loading are essential. The second and third stages of this research sought to investigate the sand-concrete interface response based on this recent insight. The second stage assessed the sand-concrete interface response through monotonic interface direct shear tests under different confinement conditions. The role of surface structural characteristics, confinement condition, sand mean diameter, particle morphology, sand gradation and relative density were evaluated. A nonlinear conceptual model of the interfacial-to-internal friction angle ratio was proposed according to normalized roughness and normalized waviness. Additionally, multiple regression was used to estimate the sand-concrete interface strength by the effect of constant normal stiffness. The results were essential to understand and to predict the sand-concrete interface response of concrete piles under static axial loading. The third stage explored the shaft friction degradation of cyclic axial loaded piles through sand-concrete and sand-steel cyclic interface direct shear tests. In geotechnical engineering practice, field and experimental tests are usually performed to evaluate the number of cycles until failure occurs under constant cyclic amplitude. According to this approach, cyclic failure can either occur quickly or not at all. From a practical viewpoint, the cyclic test times are unpredictable, which makes these tests difficult to plan and to perform. Therefore, a new approach based on increasing cyclic amplitude is proposed to overcome the conventional method. A simple cumulative damage model established a relationship between the cyclic loaded tests under constant and increasing cyclic amplitudes. The new approach provides additional insights into the cyclic interfacial response, such as the effect of previous cycles, the cyclic amplitude at failure and the displacement development throughout cycling. This new approach can be effortlessly extended to other experimental and field investigations. From a practical viewpoint, this new approach can reduce the cost and duration of projects. The author believes that this dissertation brought breakthroughs to the wind energy companies and to the geotechnical engineering community. However, further studies on onshore wind turbine foundations are still required. / As fundações de torres eólicas onshore são submetidas a grandes momentos de tombamento. A ação do vento impõe carregamentos cíclicos e dinâmicos que ocorrem em condições operacionais e extremas. Fundações profundas, quando usadas, transferem esse momento de tombamento através de um grupo de estacas que, por sua vez, são submetidas a esforços axiais e laterais. Muitos estudos observaram que estacas submetidas ao carregamento cíclico axial estão sujeitas à degradação do atrito lateral. A fim de compreender essa degradação, diversas pesquisas foram realizadas. No entanto, o dimensionamento e desempenho de estacas submetidas ao carregamento cíclico axial requer maiores avanços. Dessa forma, esta pesquisa buscou avaliar a degradação do atrito lateral em estacas de torres eólicas, principalmente aquelas localizadas no Brasil. Da mesma forma, foram abordados assuntos relacionados ao objetivo principal deste estudo uma vez que pesquisas sobre fundações de torres eólicas onshore ainda são incipientes, especialmente no Brasil. A primeira etapa da pesquisa explorou as principais características das fundações de torres eólicas onshore no Brasil e comparou-as com a prática internacional. Investigou-se este assunto uma vez que diversos autores consideram as fundações de torres eólicas onshore um tópico já compreendido; entretanto, a quantidade de informações e dados publicados são ínfimos, especialmente em países em desenvolvimento onde os projetos eólicos iniciaram recentemente. Por essa razão, realizou-se uma pesquisa com as empresas e projetistas do setor a fim de criar o primeiro banco de dados brasileiro sobre fundações de torres eólicas onshore. Esse banco de dados possui mais de três mil fundações cadastradas. Os principais aspectos, tipos e dimensões dessas fundações foram apresentados. Internacionalmente, o tipo de fundação mais empregado para torres eólicas onshore são fundações superficiais de gravidade. No Brasil, 43.3% das torres eólicas apresentam fundações superficiais, essencialmente fundações de gravidade, e 56.7% das torres eólicas apresentam fundações profundas, principalmente por grupo de estacas hélice continua. O tipo da fundação foi determinado com base na expertise local e condições geotécnicas, incluindo o tipo de solo, nível de água, resistência do solo, espessura de camadas porosas e profundidade do topo rochoso. Identificou-se, através da primeira etapa, que as fundações de torres eólicas onshore no Brasil são significantemente diferentes de outros países. Aproximadamente 70% das fundações profundas são por grupo de estacas hélice contínua, sendo na maior parte em contato com solos arenosos. Desta forma, há necessidade de realizar investigações experimentais da interface areia-concreto. A segunda e terceira etapas desta pesquisa concentraram-se no comportamento estático e cíclico da interface areia-concreto. A segunda etapa avaliou o comportamento estático da interface areia-concreto através de ensaios de cisalhamento direto em diferentes condições de confinamento. Foram avaliadas as influências das características da superfície sólida, diâmetro médio dos grãos, morfologia dos grãos, distribuição granulométrica e densidade relativa. Um modelo não linear do ângulo de atrito na interface de acordo com a rugosidade e ondulação normalizadas foi proposto. Além disso, empregou-se uma regressão múltipla para estimar a resistência da interface areia-concreto de acordo com a constante de rigidez. Os resultados foram essenciais na compreensão e previsão do comportamento estático da interface de estacas de concreto. A terceira etapa explorou a degradação do atrito lateral em estacas através de ensaios de cisalhamento direto cíclicos na interface areia-concreto e areia-aço. Usualmente, campanhas experimentais são conduzidas para avaliar o número de ciclos até ruptura com uma amplitude cíclica constante. A ruptura geotécnica pode ocorrer rapidamente ou nunca ocorrer; e, desta maneira, a duração dos ensaios é imprevisível, dificultando planejamento e execução das obras. Por essa razão, uma nova abordagem foi proposta baseada em amplitudes cíclicas crescentes. Um modelo de dano acumulado estabeleceu a relação entre os ensaios com amplitude cíclica constante e cíclica. A nova abordagem fornece informações adicionais do comportamento cíclico da interface, como o efeito de ciclos anteriores, amplitude cíclica na ruptura e o acúmulo de deslocamento permanente. Essa nova abordagem pode ser facilmente aplicada em outras investigações experimentais e provas de cargas cíclicas. Do ponto de vista prática, essa abordagem pode reduzir o custo e tempo de projetos, além de melhorar a previsão do desempenho dessas fundações. Espera-se que essa pesquisa tenha trazido avanços para as empresas do setor e comunidade geotécnica. Contudo, novas pesquisas sobre fundações de torres eólicas onshore ainda são necessárias.

Esta tese apresenta os princípios e a formulação de um modelo não-linear de atrito estático em interface de concreto areia. A hipótese básica para desenvolvimento das equações consiste na ocorrência do atrito de deslizamento (atrito verdadeiro), do atrito de rolamento (rearranjo das partículas) e da dilatância (variação de volume durante o cisalhamento). A solução analítica do modelo considera o efeito da rugosidade da superfície de contato, da curva granulométrica da areia e do seu estado de compacidade inicial. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carga normal constante em interface de contato entre concreto e areia com seção de 500 mm x 500 mm com o objetivo de permitir a calibração do modelo proposto. É discutida e sugerida a incorporação da equação constitutiva desse modelo em análises de interação solo-estrutura via método dos elementos finitos. Sua aplicabilidade é demonstrada através da análise 1D e 2D de estacas de atrito executadas em areia e submetidas a carregamentos de compressão / This thesis presents the principles and formulation underlying a concrete-sand interface nonlinear static friction model. The basic hypothesis employed in the development of the model equation takes into account the interface sliding friction (true friction), a rolling friction (particle rearrangement) and dilatancy(volume variation during shear). The model analytical solution considers the effect of roughness of the contact surface, the grain size distribution and its initial state of compactness of the sand. To calibrate the proposed model, a direct shear stress test under constant load was carried out along a 500mm x 500mm section concrete-sand interface. Furthermore, a discussion and suggestion of the inclusion of the model constitutive equation applied to the analysis of soil-structure interaction using the finite element method are presented. The applicability of the proposed model is proven through the analysis of 1-D and 2-D skin friction piles made of sand mass subjected to compression load