O efeito de instalação de estacas cravadas em areia, que promove um aumento da compacidade do solo e de seus parâmetros de resistência e deformabilidade, é analisado nesta dissertação em conjunto com o efeito de grupo. O procedimento estabelecido objetiva quantificar a melhoria após a instalação de um grupo de estacas e foi desenvolvido nesta pesquisa a partir da contribuição de Alves (1998). Para a utilização deste procedimento, foram propostas correlações do módulo de Young do solo em função da resistência à penetração NSPT (ou da resistência à penetração normalizada N60), a partir de um banco de dados obtido da literatura, visando não apenas as aplicações implementadas neste estudo, como também nortear futuras aplicações práticas. Na análise de casos documentados da literatura, foi utilizado o programa Plaxis 3D Foundation. Inicialmente foi procedida a calibração do programa através da reprodução de um caso de instrumentação de um grupo de estacas na argila rija de Londres, muito bem documentado por Cooke et al. (1980). Os resultados das simulações, com parâmetros do solo obtidos da literatura, se ajustaram muito bem aos resultados experimentais, seja nos valores de recalque, seja nos diagramas de transferência de carga. Posteriormente, a melhoria do solo por efeito da instalação foi estimada, através do procedimento estabelecido nesta dissertação, baseado em Alves (1998), a partir das características iniciais do solo antes da instalação de um grupo de estacas em modelo reduzido em solo arenoso. Obtidos os parâmetros melhorados previstos para o solo após a instalação, estes foram aplicados a um grupo de 9 estacas, para diferentes espaçamentos relativos, como dados de entrada no programa Plaxis. A comparação dos resultados experimentais com aqueles simulados numericamente sinaliza para o potencial tanto do programa Plaxis, na reprodução do comportamento do conjunto, como do modelo de Alves (1998), que norteou o procedimento proposto nesta pesquisa. O fator de escala, ressaltado na dissertação, bem como outros aspectos relevantes observados nas análises realizadas, são propostos como temas futuros a serem investigados na continuidade desta linha de pesquisa. / The installation effect of piles driven in sand, which increases soill density, strength and deformability parameters, is analyzed in this research, together with the pile-group effect. The procedure has been established aiming at the soil improvement achieved after installation of the piles. The proposed procedure is based on Alves (1998). In order to apply the procedure, correlations between the soil Young modulus and the NSPT blow count (or the normalized N60) have been established from a database obtained in the literature, aiming not only at the applications implemented in this study but also as a guideline for future practical applications. The program Plaxis 3D Foundation has been used in the analysis of documented cases from the literature, as an initial step to implement the procedure proposed in this thesis. Initially, the program has been calibrated by application to a well-documented piling group in the London stiff clay by Cooke et al. (1980). The results of the numerical simulations with soil parameters obtained from the literature have been very close to the experimental values, not only for the settlements, but also for the load transfer diagrams. The soil improvement due to pile installation has been implemented in this thesis based on Alves (1998). It has been applied to a case of small-scale model piling group in sands, taking into consideration the initial characteristics of the soil before installation and the soil improvement after driving. The updated parameters, together with different pile spacing in the 9-pile group, have been entered as input in the program Plaxis 3D Foundation. The comparison of the experimental results with those numerically simulated shows the potentiality of Plaxis program, due to its ability to properly reproduce the piling group behavior, and also of the model by Alves (1998), which guided the soil improvement procedure proposed in this research. The scale factor, highlighted in the thesis, as well as other relevant factors observed in the analyses, are topics for further investigation in continuity of this research.

Esta tese aplica o conceito de energia complementar para a determinação da capacidade de carga última de estaca cravada no ensaio de carregamento dinâmico de energia crescente. O ensaio de carregamento dinâmico com impactos de energia constante só permite obter a resistência estática mobilizada do modelo de CASE ou de SMITH com base na teoria da equação da onda e no Pile Driving Analyzer. A aplicação de impactos de energia crescente mostra que a curva de resistência estática - deslocamento dinâmico apresenta: a) trecho linear crescente seguido de trecho que se curva até que a tangente se torna vertical ou b) trecho crescente quase linear até um pico de resistência, seguido de uma curva de descarga até um determinado valor que corresponde à tangente vertical ou, c) trecho linear crescente seguido de trecho curvo cuja tangente não se verticaliza e onde a resistência volta a crescer. A ruptura do sistema estaca - maciço de solos é caracterizada pela energia complementar que passa em um máximo sempre que a resistência mobilizada atinge um pico. No pós-ruptura o excesso de energia aplicada e o excesso de trabalho das forças de amortecimento do impacto, em relação ao pico máximo, crescem linearmente com o nível de energia cinética aplicada. / This thesis suggests how to evaluate the ultimate bearing capacity of driven piles by using dynamic load tests with increasing energy. The dynamic load test with constant energy blows only allows the determination of the mobilized static resistance (CASE and SMITH\'s model), by using the wave equation theory and the Pile Driving Analyzer. The application of increasing energy blows shows that this static resistance: a) increases with increasing energy and then becomes constant or; b) increases with increasing energy up to a peak resistance and thereafter first decreases and then becomes constant or, c) starts to increase with increasing energy, then remains constant and after some blows starts to increase again. lt is shown that the rupture of the pile-soil system is characterized by the kinetic complementary energy reaching an upper limit when the impact mobilizes the maximum static pile capacity. All the energy or work done by damping forces, in excess of this maximum or peak situation, increases linearly with increasing energy.

<p> The base and shaft resistance of steel pipe piles installed in silica sand is affected by several factors; these include but are not limited to: shaft resistance degradation, shaft surface roughness, installation method, pile geometry, soil density and particle size, and setup.  This thesis focuses on the first four factors, while also considering the effect of soil density within each factor. Several of the pile design formulas available do not consider the effects of shaft resistance degradation due to load cycles during installation of jacked and driven closed-ended pipe piles, plug formation and evolution during driving of open-ended pipe piles, the degree of corrosion or pitting corrosion on the shaft surface of a pile and its potential impact on setup, and the geometry of the tip of the pile. To assess the impact on pile capacity of some of these factors, a series of static compression load tests were performed in a controlled environment in a calibration chamber with a scaled down instrumented model pile. The air-pluviation technique with different combination of sieves assembled in a large-scale pluviator was used to prepare F-55 sand samples of different density in the calibration chamber. Slight changes were made to the experimental setup to study each factor: sand sample density, driving energy, mode of installation, and geometry and shaft roughness of the model pile.</p> <p><br></p> <p>The results from the experiments confirmed that each of these factors affects the pile resistance. Some of the important conclusions were:</p> <p><br></p> <p>i. The shaft resistance of the model pile is about 2.4 times greater for jacked piles than for driven piles in dense sand, due to the greater shaft resistance degradation in driven piles. </p> <p>ii. Despite the effect of degradation, the shaft resistance of the non-displacement model pile which had no loading cycles was a ratio of 0.37 to that of the driven model pile in medium dense sand and 0.60 in dense sand, due to the absence of displacement.</p> <p>iii. An increase in the surface roughness of the jacked model piles from smooth to medium-rough resulted in an increase of the shaft resistance, which had a ratio of 7.75 to the smooth pile in dense sand and 3.05 in medium dense sand. An increase from smooth to rough resulted in an increase of the shaft resistance, which had a ratio of 8.00 to the smooth pile in dense sand and 4.26 in medium dense sand.</p> <p>iv. Although rougher interfaces produce greater interface friction angles than smooth interfaces with sand, once a limiting value of surface roughness is reached, shearing occurs in a narrow band in the sand in the immediate vicinity of the model pile, with the shaft resistance depending on the critical-state friction angle of the sand. This means the shaft resistance will not increase further with changes in pile surface roughness, due to the fact that the internal critical-state friction angle of the sand has been reached in the shear band during loading.  </p> <p>v. During installation, the conical-based pile had a higher penetration per blow compared to the flat based pile from 0 to 25.6<em>B</em> in medium dense sand and 0 to 20<em>B</em> in dense sand (<em>B</em> = base diameter). After the pile was installed beyond 25.6<em>B</em> in medium dense and 20<em>B</em> in dense sand, the penetration per blow was identical. </p> <p>vi. The base resistance of a conical-based model pile was about 0.76 times that of a flat-based model pile in dense sand and 0.56 in medium dense sand. </p> <p>vii. Jacked piles had similar base resistance ratio of about 0.93 to 0.95 of driven piles in dense sand and 0.98 to 1.05 in medium dense sand. However, they had a much higher shaft resistance ratio of about 1.67 to 2.07 in dense sand and 1.44 to 1.50 in medium dense sand. </p>

Neste trabalho estudou-se o comportamento de estacas metálicas, do tipo perfil soldado, cravadas na formação Tremembé, na Bacia de Taubaté, em São Paulo. A formação Tremembé é cosntituída por folhelhos pirobetuminosos, cujo mineral predomiante é a montmorilonita. Foram analisados os resultados de provas de carga dinâmica de energia crescente em 14 estacas, sendo que, em todas elas, sistema estaca-solo foi levado à ruptura. Por meio da análise de 101 golpes, examinou-se o comportamento estático, segundo o modelo CAPWAPC, e o comportamento dinâmico do sistema. O comportamento estático foi investigado com base na aplicabilidade das fórmulas dinâmicas para a previsão de resistência. O mecanismo de transferência de carga foi estudado mediante a identificação de formas típicas de curvas de resistência estática mobilizadas pelo fuste e pela ponta, para o caso analisado. O comportamento dinâmico foi investigado na análise da ruptura e pós ruptura do sistema, pela aplicação do Princípio de Hamilton ao impacto do martelo. Verificou-se que o mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo foi fortemente influenciado pela variabilidade das camadas de solo atravessadas pelo elemento estrutural de fundação. A quebra da estrutura do folhelho pelo processo de cravação também interferiu na transferência de carga. Constatou-se a aplicabilidade do repique como instrumento de controle de cravação de estacas metálicas. / In this work the behavior of steel piles driven in Tremembé formation, in the Taubaté Basin, São Paulo was studied. The Tremembé formation is constituted by bituminous shale, which predominant mineral clayey component is the mo ntmorillonite. The dynamic loading tests results with increasing energy in 14 piles were analyzed, with all of the tests taken to system rupture. Through the analysis of 101 blows it was studied the static behavior, according to the CAPWAPC model, and the dynamic behavior of the system. The use of the dynamic and semi-empiric static formula for resistance prediction was evaluated. The load transfer mechanisms were studied by pattern form of mobilized static resistance curves by the shaft and toe. The application of Hamilton\'s principle to hammer impact allowed to analyze the failure and post failure of the pile-soil system. It was observed that the pile-soil load transfer mechanism was strongly influenced by the resistance variability of crossed soil layers by the structural element of foundation. The material break during the driving process also interfered in load transfer mechanism. The use of rebound as instrument of steel pile driving control shows reliable.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de estacas metálicas, do tipo perfil soldado, cravadas na formação Tremembé, na Bacia de Taubaté, em São Paulo. A formação Tremembé é cosntituída por folhelhos pirobetuminosos, cujo mineral predomiante é a montmorilonita. Foram analisados os resultados de provas de carga dinâmica de energia crescente em 14 estacas, sendo que, em todas elas, sistema estaca-solo foi levado à ruptura. Por meio da análise de 101 golpes, examinou-se o comportamento estático, segundo o modelo CAPWAPC, e o comportamento dinâmico do sistema. O comportamento estático foi investigado com base na aplicabilidade das fórmulas dinâmicas para a previsão de resistência. O mecanismo de transferência de carga foi estudado mediante a identificação de formas típicas de curvas de resistência estática mobilizadas pelo fuste e pela ponta, para o caso analisado. O comportamento dinâmico foi investigado na análise da ruptura e pós ruptura do sistema, pela aplicação do Princípio de Hamilton ao impacto do martelo. Verificou-se que o mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo foi fortemente influenciado pela variabilidade das camadas de solo atravessadas pelo elemento estrutural de fundação. A quebra da estrutura do folhelho pelo processo de cravação também interferiu na transferência de carga. Constatou-se a aplicabilidade do repique como instrumento de controle de cravação de estacas metálicas. / In this work the behavior of steel piles driven in Tremembé formation, in the Taubaté Basin, São Paulo was studied. The Tremembé formation is constituted by bituminous shale, which predominant mineral clayey component is the mo ntmorillonite. The dynamic loading tests results with increasing energy in 14 piles were analyzed, with all of the tests taken to system rupture. Through the analysis of 101 blows it was studied the static behavior, according to the CAPWAPC model, and the dynamic behavior of the system. The use of the dynamic and semi-empiric static formula for resistance prediction was evaluated. The load transfer mechanisms were studied by pattern form of mobilized static resistance curves by the shaft and toe. The application of Hamilton\'s principle to hammer impact allowed to analyze the failure and post failure of the pile-soil system. It was observed that the pile-soil load transfer mechanism was strongly influenced by the resistance variability of crossed soil layers by the structural element of foundation. The material break during the driving process also interfered in load transfer mechanism. The use of rebound as instrument of steel pile driving control shows reliable.