Modelos constitutivos são relações matemáticas entre grandezas físicas que buscam descrever o comportamento dos materiais quando submetidos a ações externas. A hipoplasticidade é um modelo constitutivo desenvolvido para solos a partir de uma modificação da equação hipoelástica. Este modelo tem como principais características a existência de uma única equação constitutiva e o seu caráter não linear, o que lhe confere a propriedade de introduzir deformações irreversíveis desde o início das ações externas. Neste trabalho são estudados dois novos modelos desenvolvidos com o objetivo de melhorar as previsões para carregamentos cíclicos. O primeiro, denominado hipoplasticidade estendida, é caracterizado pela introdução de superfícies de memória e uma nova equação constitutiva específica para o recarregamento. O segundo modelo, a hipoplasticidade cíclica, é uma modificação deste último onde são introduzidos fatores capazes de modificar as superfícies de memória. Os novos modelos são primeiramente aplicados em situações teóricas para verificar sua aplicabilidade. Posteriormente, utilizando dados experimentais, é feita sua calibração e aplicação para então compararem-se as previsões teóricas com os resultados experimentais. Verifica-se que os novos modelos contemplam avanços significativos na previsão do comportamento dos solos sob carregamentos cíclicos. Para permitir um número maior de simulações foi desenvolvida uma planilha eletrônica com a capacidade de representar quantos ciclos sejam desejados, efetuar a alteração dos parâmetros do solo durante a calibração do modelo de maneira fácil e rápida, assim como visualizar para cada um dos intervalos se foi utilizada a equação geral ou a específica do recarregamento. / Constitutive models are mathematical relationships between physical quantities that approximate the behavior of materials when subjected to external actions. Hypoplasticity is a constitutive model developed for soils from a modification of the hypoelastic equation. The main features of this model are the existence of a unique constitutive equation and its nonlinear character, which gives it the property of introducing irreversible deformation from the beginning of external actions. In this work two new models developed in order to improve the predictions of cyclic loading are studied. The first one, which is called extended hypoplacity, has as its main feature the addition of a memory surface and the introduction of a new equation specific for reloading. The second model, cyclic hypoplasticity, which is a modification of this last one, is characterized by the introduction of factors that are capable of modifing the memory surfaces. The new models are first checked in theoretical situations to verify their applicability. Subsequently, using experimental data, the models are calibrated, applied, and then compared to experimental results. The new models include significant advances in predicting soil behavior under cyclic loading. To allow a larger number of simulations, a spreadsheet was developed with the following abilities: simulate as many cycles as are desired; easy to change soil\'s parameters during the calibration phase; and display for each of the intervals which of the equations was used.

Modelos constitutivos são relações matemáticas entre grandezas físicas que buscam descrever o comportamento dos materiais quando submetidos a ações externas. A hipoplasticidade é um modelo constitutivo desenvolvido para solos a partir de uma modificação da equação hipoelástica. Este modelo tem como principais características a existência de uma única equação constitutiva e o seu caráter não linear, o que lhe confere a propriedade de introduzir deformações irreversíveis desde o início das ações externas. Neste trabalho são estudados dois novos modelos desenvolvidos com o objetivo de melhorar as previsões para carregamentos cíclicos. O primeiro, denominado hipoplasticidade estendida, é caracterizado pela introdução de superfícies de memória e uma nova equação constitutiva específica para o recarregamento. O segundo modelo, a hipoplasticidade cíclica, é uma modificação deste último onde são introduzidos fatores capazes de modificar as superfícies de memória. Os novos modelos são primeiramente aplicados em situações teóricas para verificar sua aplicabilidade. Posteriormente, utilizando dados experimentais, é feita sua calibração e aplicação para então compararem-se as previsões teóricas com os resultados experimentais. Verifica-se que os novos modelos contemplam avanços significativos na previsão do comportamento dos solos sob carregamentos cíclicos. Para permitir um número maior de simulações foi desenvolvida uma planilha eletrônica com a capacidade de representar quantos ciclos sejam desejados, efetuar a alteração dos parâmetros do solo durante a calibração do modelo de maneira fácil e rápida, assim como visualizar para cada um dos intervalos se foi utilizada a equação geral ou a específica do recarregamento. / Constitutive models are mathematical relationships between physical quantities that approximate the behavior of materials when subjected to external actions. Hypoplasticity is a constitutive model developed for soils from a modification of the hypoelastic equation. The main features of this model are the existence of a unique constitutive equation and its nonlinear character, which gives it the property of introducing irreversible deformation from the beginning of external actions. In this work two new models developed in order to improve the predictions of cyclic loading are studied. The first one, which is called extended hypoplacity, has as its main feature the addition of a memory surface and the introduction of a new equation specific for reloading. The second model, cyclic hypoplasticity, which is a modification of this last one, is characterized by the introduction of factors that are capable of modifing the memory surfaces. The new models are first checked in theoretical situations to verify their applicability. Subsequently, using experimental data, the models are calibrated, applied, and then compared to experimental results. The new models include significant advances in predicting soil behavior under cyclic loading. To allow a larger number of simulations, a spreadsheet was developed with the following abilities: simulate as many cycles as are desired; easy to change soil\'s parameters during the calibration phase; and display for each of the intervals which of the equations was used.

Este trabalho objetivou o conhecimento do comportamento estrutural de um sistema solo-tubo plástico flexível de paredes estruturadas frente a cargas permanentes sobre a tubulação e carregamentos móveis, como os provenientes de tráfego de veículos. Para o estudo, foram construídas valas em verdadeira grandeza na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos DAER-RS/UFRGS em Porto Alegre, RS, onde se dispõe de um equipamento simulador de tráfego, utilizado para aplicação de cargas estáticas e cíclicas na superfície dos sistemas solo-tubo. As variáveis independentes controladas são o grau de compactação do material que envolve o tubo e altura do mesmo material sobre o tubo. As variáveis medidas são a deflexão do tubo sob carregamento do simulador e o deslocamento permanente causado pela carga de solo sobre o tubo. O controle de compactação do material de envolvimento do tubo foi realizado com três equipamentos diferentes e os resultados foram comparados. Os resultados de deflexão e deslocamento pemanente foram utilizados para cálculo dos valores de módulo de reação E' do maerial de envolvimento do tubo e foram comparados com os encontrados na literatura. Constatou-se o comportamento elástico dos tubos sob carregamento repetido, e no caso em que o tubo é instalado muito próximo da superfície, as deflexões no sistema são de tal magnitude que chegam a ser prejudiciais ao pavimento construído sobre a vala. Ficou comprovada a importância da cuidadosa compactação do material de envolvimento do tubo para o bom desempenho estrutural do sistema solo-tubo flexível. / This work aimed at the knowledge of the structural behavior of a ribbed flexible plastic buried pipe system undergoing permanent loads on the piping and mobile loads, as the ones deriving from the traffic of vehicles. For this study, full scale ditches were built at the DAER-RS/UFRGS Pavement Research and Test Area in Porto Alegre, RS, where there is a equipment for simulating traffic, used for applying both static and cyclic loads on the ditch surface. The controled independent variables are the involving material density and the height of this material on the pipe. The variables measured are the pipe deflection under simulator load and the permanent displacement caused by the soil load on the pipe. The compaction control of involving material was carried out with three different types of equipment and results were compared. The results for pemanent deflection and displacement were used to calculate the Modulus of Soil Reaction (E') values of the involving material and these were compared to the ones found in the literature. The pipe elastic behavior under repeated load was observed, and where the pipe is installed too close to the surface, the system deflections are of such magnitude that they affect the pavement built over the ditch. The careful compaction of the involving material proved to be of paramount importance to a good structural performance of the flexible buried pipe system.

Este trabalho objetivou o conhecimento do comportamento estrutural de um sistema solo-tubo plástico flexível de paredes estruturadas frente a cargas permanentes sobre a tubulação e carregamentos móveis, como os provenientes de tráfego de veículos. Para o estudo, foram construídas valas em verdadeira grandeza na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos DAER-RS/UFRGS em Porto Alegre, RS, onde se dispõe de um equipamento simulador de tráfego, utilizado para aplicação de cargas estáticas e cíclicas na superfície dos sistemas solo-tubo. As variáveis independentes controladas são o grau de compactação do material que envolve o tubo e altura do mesmo material sobre o tubo. As variáveis medidas são a deflexão do tubo sob carregamento do simulador e o deslocamento permanente causado pela carga de solo sobre o tubo. O controle de compactação do material de envolvimento do tubo foi realizado com três equipamentos diferentes e os resultados foram comparados. Os resultados de deflexão e deslocamento pemanente foram utilizados para cálculo dos valores de módulo de reação E' do maerial de envolvimento do tubo e foram comparados com os encontrados na literatura. Constatou-se o comportamento elástico dos tubos sob carregamento repetido, e no caso em que o tubo é instalado muito próximo da superfície, as deflexões no sistema são de tal magnitude que chegam a ser prejudiciais ao pavimento construído sobre a vala. Ficou comprovada a importância da cuidadosa compactação do material de envolvimento do tubo para o bom desempenho estrutural do sistema solo-tubo flexível. / This work aimed at the knowledge of the structural behavior of a ribbed flexible plastic buried pipe system undergoing permanent loads on the piping and mobile loads, as the ones deriving from the traffic of vehicles. For this study, full scale ditches were built at the DAER-RS/UFRGS Pavement Research and Test Area in Porto Alegre, RS, where there is a equipment for simulating traffic, used for applying both static and cyclic loads on the ditch surface. The controled independent variables are the involving material density and the height of this material on the pipe. The variables measured are the pipe deflection under simulator load and the permanent displacement caused by the soil load on the pipe. The compaction control of involving material was carried out with three different types of equipment and results were compared. The results for pemanent deflection and displacement were used to calculate the Modulus of Soil Reaction (E') values of the involving material and these were compared to the ones found in the literature. The pipe elastic behavior under repeated load was observed, and where the pipe is installed too close to the surface, the system deflections are of such magnitude that they affect the pavement built over the ditch. The careful compaction of the involving material proved to be of paramount importance to a good structural performance of the flexible buried pipe system.

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia prática e confiável para previsão de vida à fadiga de juntas soldadas a cordão pelo processo MIG/MAG, quando estas estão submetidas a carregamentos cíclicos combinados. A máxima tensão linear no pé da solda, região típica de início de trinca, conhecida como hot spot foi utilizada para prever a vida através do método de Fadiga de Alto Ciclo S x N (Tensão x Vida), largamente empregado em códigos de projeto de estruturas soldadas. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para determinação das tensões estruturais resultantes do carregamento e das descontinuidades geométricas presentes nos cordões de solda. A análise de fadiga foi efetuada em ambiente virtual, através de um software (programa) de fadiga capaz de importar as tensões atuantes na região da solda para cada carregamento, combinando-as e obtendo assim a vida à fadiga decorrente da somatória dos diferentes tipos de carregamento ao qual a junta foi submetida. As propriedades monotônicas e cíclicas dos materiais da junta foram obtidas da literatura e de um extenso banco de dados disponível no software de fadiga. Estas propriedades foram ajustadas com base em ensaios de laboratório nas juntas investigadas. A medição ou modelagem das tensões residuais inerentes ao processo de soldagem não fazem parte do escopo deste trabalho. Contudo, os efeitos térmicos e metalúrgicos resultantes do processo de soldagem, como distorções, tensões residuais, variações microestruturais e propriedades mecânicas foram considerados de forma indireta, através da correção das curvas de fadiga nos corpos de prova investigados. Corpos de prova do tipo tubo-placa foram submetidos a carregamentos cíclicos combinados (flexão e torção) de amplitude constante. O resultado da análise virtual de durabilidade foi, portanto, calibrado com base nestes experimentos e curvas disponíveis em códigos de projeto de fadiga como BS7608 e Eurocode 3. A aplicabilidade deste método numérico-experimental e suas contribuições para a garantia da Integridade Estrutural do projeto de juntas soldadas são apresentadas. Seus desafios e melhorias são por fim discutidos. / The main purpose of this work is to develop a practical and robust methodology to evaluate the fatigue life in seam weld joints fabricated with GMAW process when subjected to combine cyclic loading. The maximum linear stress at the typical crack initiation region, better known as hot spot stress, was used to calculate the fatigue life through high cycle fatigue method S x N (Stress x Life), widely used in design codes for the life assessment of welded structures. The Finite Element Method (FEM) was used to obtain the structural stresses distribution due the external loading and geometric discontinuities very common in seam weld joints. The fatigue analysis was conducted in virtual environment. The FEM stress results from each loading were imported to fatigue code FE-Fatigue and combined to perform the fatigue life prediction. The monotonic and cyclic properties of the joint materials were obtained in the literature and from the fatigue software database. These properties were adjusted based on laboratory fatigue tests in the investigated welded joints configurations. The measurement or modeling of the residual stresses resulted from the welded process is not part of this work. However, the thermal and metallurgical effects, like distortions and residual stresses, were considered indirectly through fatigue curves corrections in the samples investigated. A tube-plate specimen was submitted to combine cyclic loading (bending and torsion) with constant amplitude. The virtual durability analysis result was calibrated based on these laboratory tests and design codes such as BS7608 and Eurocode 3. The feasibility and application of the proposed numerical-experimental methodology and contributions for the welded joints structural integrity design are presented. The challenges and improvements are finally discussed.

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.

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia prática e confiável para previsão de vida à fadiga de juntas soldadas a cordão pelo processo MIG/MAG, quando estas estão submetidas a carregamentos cíclicos combinados. A máxima tensão linear no pé da solda, região típica de início de trinca, conhecida como hot spot foi utilizada para prever a vida através do método de Fadiga de Alto Ciclo S x N (Tensão x Vida), largamente empregado em códigos de projeto de estruturas soldadas. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para determinação das tensões estruturais resultantes do carregamento e das descontinuidades geométricas presentes nos cordões de solda. A análise de fadiga foi efetuada em ambiente virtual, através de um software (programa) de fadiga capaz de importar as tensões atuantes na região da solda para cada carregamento, combinando-as e obtendo assim a vida à fadiga decorrente da somatória dos diferentes tipos de carregamento ao qual a junta foi submetida. As propriedades monotônicas e cíclicas dos materiais da junta foram obtidas da literatura e de um extenso banco de dados disponível no software de fadiga. Estas propriedades foram ajustadas com base em ensaios de laboratório nas juntas investigadas. A medição ou modelagem das tensões residuais inerentes ao processo de soldagem não fazem parte do escopo deste trabalho. Contudo, os efeitos térmicos e metalúrgicos resultantes do processo de soldagem, como distorções, tensões residuais, variações microestruturais e propriedades mecânicas foram considerados de forma indireta, através da correção das curvas de fadiga nos corpos de prova investigados. Corpos de prova do tipo tubo-placa foram submetidos a carregamentos cíclicos combinados (flexão e torção) de amplitude constante. O resultado da análise virtual de durabilidade foi, portanto, calibrado com base nestes experimentos e curvas disponíveis em códigos de projeto de fadiga como BS7608 e Eurocode 3. A aplicabilidade deste método numérico-experimental e suas contribuições para a garantia da Integridade Estrutural do projeto de juntas soldadas são apresentadas. Seus desafios e melhorias são por fim discutidos. / The main purpose of this work is to develop a practical and robust methodology to evaluate the fatigue life in seam weld joints fabricated with GMAW process when subjected to combine cyclic loading. The maximum linear stress at the typical crack initiation region, better known as hot spot stress, was used to calculate the fatigue life through high cycle fatigue method S x N (Stress x Life), widely used in design codes for the life assessment of welded structures. The Finite Element Method (FEM) was used to obtain the structural stresses distribution due the external loading and geometric discontinuities very common in seam weld joints. The fatigue analysis was conducted in virtual environment. The FEM stress results from each loading were imported to fatigue code FE-Fatigue and combined to perform the fatigue life prediction. The monotonic and cyclic properties of the joint materials were obtained in the literature and from the fatigue software database. These properties were adjusted based on laboratory fatigue tests in the investigated welded joints configurations. The measurement or modeling of the residual stresses resulted from the welded process is not part of this work. However, the thermal and metallurgical effects, like distortions and residual stresses, were considered indirectly through fatigue curves corrections in the samples investigated. A tube-plate specimen was submitted to combine cyclic loading (bending and torsion) with constant amplitude. The virtual durability analysis result was calibrated based on these laboratory tests and design codes such as BS7608 and Eurocode 3. The feasibility and application of the proposed numerical-experimental methodology and contributions for the welded joints structural integrity design are presented. The challenges and improvements are finally discussed.

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.