As estacas helicoidais têm sido empregadas em diversos tipos de obras no Brasil e no mundo, principalmente em casos em que a fundação é submetida a carregamentos simultâneos de tração e de compressão ou que necessitam de rápida e facilitada instalação. O maior uso nacional é em fundações de torres de linhas de transmissão de energia, no entanto, são escassos os estudos do comportamento deste tipo de estaca em solos tropicais brasileiros. Considerando-se o crescimento do uso de estacas helicoidais no Brasil, e a necessidade de um melhor entendimento do comportamento deste tipo de fundação em nossos solos, o presente trabalho foi realizado para verificar a influência do arranjo das hélices, tanto do diâmetro quanto da quantidade, na capacidade de carga à tração das estacas helicoidais multi-hélices, instaladas em solo tropical da região de São Carlos, na cidade de Itirapina próxima a lagoa do Broa. A campanha de investigações geotécnicas foi composta por sondagens de simples reconhecimento (SPT) e ensaios de cone (CPT). Foram ensaiadas nove estacas, com diferentes configurações de diâmetro e de número de hélices, instaladas com a ponta em mesma profundidade, mesmo espaçamento entre hélices (igual a três vezes o maior diâmetro) e mesmo diâmetro de haste. Nesta investigação foram medidos os torques de instalação, e realizadas provas de cargas à tração do tipo estática com carregamento rápido. Como conclusões, o atrito lateral obtido com o ensaio CPT foi útil para verificar o efeito de perda de resistência do solo com a instalação da estaca; o método de capacidades de carga individuais obteve estimativas mais próximas as medidas em prova de carga; o efeito da configuração (cônicas ou cilíndricas) influencia no torque de instalação, mas não na capacidade de carga das estacas; o acréscimo de diâmetro médio das estacas é interessante para acréscimos na capacidade de carga, no entanto o acréscimo do número de hélices, a hélice superior sempre absorve menores cargas do que a hélice da ponta da estaca. / The helical piles have been used in different types of constructions, especially in cases where the foundation is subjected to tension and compression loads. In Brazil, this type of pile is normally used as the foundation of towers of power transmission lines, as guyed masts and self-supporting towers. However, there are few studies about the behavior of helical piles in Brazilian tropical soils. Considering the growing use of helical piles in Brazil, and the need of a better understanding of the behavior of this type of foundation in our soils, this study was conducted to evaluate the influence of the arrangement of the helices on the uplift capacity of helical piles installed in the tropical soil of São Carlos zone of São Paulo State. For this study, geotechnical investigations were carried out: standard penetration tests (SPT) and cone tests (CPT). Nine piles with different configurations (diameter and number of blades) were tested after being installed with the tip at the same final depth into the ground, and the same relative helix spacing (S/D>3). For this investigation, the torque necessary to install the piles were recorded, and subsequently static tensile loads tests were performed on all piles. As results: the lateral friction obtained with the CPT test was useful to check the effect of losing soil strength with the installation of the screw pile, the individual bearing method obtained estimates closer measurements in load test then cylindrical shear method; the effect of configuration (conical or cylindrical) influences on the torque installation, but not the uplift capacity of the screw piles, increases in the size of average diameter of helix in screw piles make increases in uplift capacity, however the increase in the number of helix did not appear as good as increases in the average diameter of the helix.

Na prática brasileira, usualmente a previsão da capacidade de carga de fundações por estacas é baseada em métodos semi-empíricos, por meio de correlações diretas da resistência de ponta e por atrito lateral ao longo da estaca com os valores de NSPT. Entretanto, no caso de fundações por estacas helicoidais, ainda utilizam-se métodos teóricos que necessitam de valores de parâmetros geotécnicos obtidos indiretamente a partir de correlações com os valores de NSPT (coesão, peso específico, ângulo de atrito, coeficiente de empuxo). Portanto, nesta dissertação foi desenvolvido um método semi-empírico para estimar a capacidade de carga à tração de fundações por estacas helicoidais profundas por meio de correlações diretas com o valor de NSPT do solo de instalação da estaca. Além disso, são apresentados no presente trabalho valores de fator de torque KT, obtidos por análise estatística, para a verificação da capacidade de carga à tração da estaca usando-se medidas do torque necessário para instalá-la no terreno. Nesta pesquisa dois diferentes modelos para estimativa da capacidade de carga foram desenvolvidos e analisados estatisticamente. O estudo das características das amostras de fundações por estacas helicoidais usadas nesta pesquisa permitiu a subdivisão em grupos (tipo de solo e quantidade de hélices) de modo a se obter modelos mais precisos. Com os resultados deste trabalho, foi possível elaborar recomendações para projeto e execução de estacas helicoidais, bem como desenvolver um modelo para estimar a capacidade de carga à tração de estacas helicoidais instaladas em solos similares aos das estacas usadas neste estudo. / The pile capacity in Brazil is usually predicted by semi-empirical methods based on direct correlations between SPT-N values and pile shaft and pile base resistance. However, the uplift capacity of helical piles is still calculated using theoretical methods based on soil parameters, as: cohesion, unit weight, friction angle, and lateral earth pressure coefficient. In this case, these parameters are obtained indirectly from correlations with values of SPT-N. This dissertation was inspired by the need of a more appropriate method to calculate the uplift capacity of helical piles, by correlating the capacity of the bearing plates directly with the soil type and SPT-N values. In this work, it was developed a semi-empirical method for estimating the pullout capacity of deep helical piles by using SPT test results, similarly to the other methods used for conventional piles. Also, this work presents some results of torque factor, obtained by statistical analysis, to the verification of the pile capacity by using the torque recorded at the end of pile installation. In this research, it was performed several statistical analysis to obtain appropriate models to estimate the uplift capacity of helical piles. The cases of helical piles used in this investigation are classified into groups according to the soil type and the number of helices. As a result, detailed evaluations and recommendations for improvement of helical pile design are presented. The proposed model is recommended to calculate the uplift capacity of helical piles installed in similar soils to that used in this study.

Na prática brasileira, usualmente a previsão da capacidade de carga de fundações por estacas é baseada em métodos semi-empíricos, por meio de correlações diretas da resistência de ponta e por atrito lateral ao longo da estaca com os valores de NSPT. Entretanto, no caso de fundações por estacas helicoidais, ainda utilizam-se métodos teóricos que necessitam de valores de parâmetros geotécnicos obtidos indiretamente a partir de correlações com os valores de NSPT (coesão, peso específico, ângulo de atrito, coeficiente de empuxo). Portanto, nesta dissertação foi desenvolvido um método semi-empírico para estimar a capacidade de carga à tração de fundações por estacas helicoidais profundas por meio de correlações diretas com o valor de NSPT do solo de instalação da estaca. Além disso, são apresentados no presente trabalho valores de fator de torque KT, obtidos por análise estatística, para a verificação da capacidade de carga à tração da estaca usando-se medidas do torque necessário para instalá-la no terreno. Nesta pesquisa dois diferentes modelos para estimativa da capacidade de carga foram desenvolvidos e analisados estatisticamente. O estudo das características das amostras de fundações por estacas helicoidais usadas nesta pesquisa permitiu a subdivisão em grupos (tipo de solo e quantidade de hélices) de modo a se obter modelos mais precisos. Com os resultados deste trabalho, foi possível elaborar recomendações para projeto e execução de estacas helicoidais, bem como desenvolver um modelo para estimar a capacidade de carga à tração de estacas helicoidais instaladas em solos similares aos das estacas usadas neste estudo. / The pile capacity in Brazil is usually predicted by semi-empirical methods based on direct correlations between SPT-N values and pile shaft and pile base resistance. However, the uplift capacity of helical piles is still calculated using theoretical methods based on soil parameters, as: cohesion, unit weight, friction angle, and lateral earth pressure coefficient. In this case, these parameters are obtained indirectly from correlations with values of SPT-N. This dissertation was inspired by the need of a more appropriate method to calculate the uplift capacity of helical piles, by correlating the capacity of the bearing plates directly with the soil type and SPT-N values. In this work, it was developed a semi-empirical method for estimating the pullout capacity of deep helical piles by using SPT test results, similarly to the other methods used for conventional piles. Also, this work presents some results of torque factor, obtained by statistical analysis, to the verification of the pile capacity by using the torque recorded at the end of pile installation. In this research, it was performed several statistical analysis to obtain appropriate models to estimate the uplift capacity of helical piles. The cases of helical piles used in this investigation are classified into groups according to the soil type and the number of helices. As a result, detailed evaluations and recommendations for improvement of helical pile design are presented. The proposed model is recommended to calculate the uplift capacity of helical piles installed in similar soils to that used in this study.

As estacas helicoidais têm sido empregadas em diversos tipos de obras no Brasil e no mundo, principalmente em casos em que a fundação é submetida a carregamentos simultâneos de tração e de compressão ou que necessitam de rápida e facilitada instalação. O maior uso nacional é em fundações de torres de linhas de transmissão de energia, no entanto, são escassos os estudos do comportamento deste tipo de estaca em solos tropicais brasileiros. Considerando-se o crescimento do uso de estacas helicoidais no Brasil, e a necessidade de um melhor entendimento do comportamento deste tipo de fundação em nossos solos, o presente trabalho foi realizado para verificar a influência do arranjo das hélices, tanto do diâmetro quanto da quantidade, na capacidade de carga à tração das estacas helicoidais multi-hélices, instaladas em solo tropical da região de São Carlos, na cidade de Itirapina próxima a lagoa do Broa. A campanha de investigações geotécnicas foi composta por sondagens de simples reconhecimento (SPT) e ensaios de cone (CPT). Foram ensaiadas nove estacas, com diferentes configurações de diâmetro e de número de hélices, instaladas com a ponta em mesma profundidade, mesmo espaçamento entre hélices (igual a três vezes o maior diâmetro) e mesmo diâmetro de haste. Nesta investigação foram medidos os torques de instalação, e realizadas provas de cargas à tração do tipo estática com carregamento rápido. Como conclusões, o atrito lateral obtido com o ensaio CPT foi útil para verificar o efeito de perda de resistência do solo com a instalação da estaca; o método de capacidades de carga individuais obteve estimativas mais próximas as medidas em prova de carga; o efeito da configuração (cônicas ou cilíndricas) influencia no torque de instalação, mas não na capacidade de carga das estacas; o acréscimo de diâmetro médio das estacas é interessante para acréscimos na capacidade de carga, no entanto o acréscimo do número de hélices, a hélice superior sempre absorve menores cargas do que a hélice da ponta da estaca. / The helical piles have been used in different types of constructions, especially in cases where the foundation is subjected to tension and compression loads. In Brazil, this type of pile is normally used as the foundation of towers of power transmission lines, as guyed masts and self-supporting towers. However, there are few studies about the behavior of helical piles in Brazilian tropical soils. Considering the growing use of helical piles in Brazil, and the need of a better understanding of the behavior of this type of foundation in our soils, this study was conducted to evaluate the influence of the arrangement of the helices on the uplift capacity of helical piles installed in the tropical soil of São Carlos zone of São Paulo State. For this study, geotechnical investigations were carried out: standard penetration tests (SPT) and cone tests (CPT). Nine piles with different configurations (diameter and number of blades) were tested after being installed with the tip at the same final depth into the ground, and the same relative helix spacing (S/D>3). For this investigation, the torque necessary to install the piles were recorded, and subsequently static tensile loads tests were performed on all piles. As results: the lateral friction obtained with the CPT test was useful to check the effect of losing soil strength with the installation of the screw pile, the individual bearing method obtained estimates closer measurements in load test then cylindrical shear method; the effect of configuration (conical or cylindrical) influences on the torque installation, but not the uplift capacity of the screw piles, increases in the size of average diameter of helix in screw piles make increases in uplift capacity, however the increase in the number of helix did not appear as good as increases in the average diameter of the helix.

As linhas de transmissão no Brasil são geralmente muito extensas, uma vez que os grandes centros de consumo de energia ficam distantes das usinas hidrelétricas. Por essa razão, a construção e manutenção de linhas de transmissão é de grande importância e, em uma grande porcentagem destas linhas, as estacas helicoidais são usadas como fundações. No entanto, a previsão da profundidade final de instalação destas estacas ainda é um grande desafio para os projetistas, fornecedores de estacas helicoidais e construtoras. A profundidade final destas fundações é controlada pelo torque de instalação; portanto, se o torque necessário para instalar uma estaca pudesse ser calculado com acurácia, com base em suas dimensões, e nos resultados de ensaios de investigação de solo in situ (SPT), a previsão de comprimentos de estaca para estimativas de custos, a definição de equipamentos adequados para instalação e a estimativa da quantidade de seções de estacas a serem transportadas para uma determinada linha de transmissão seriam mais acuradas. Além disso, a capacidade de carga de estacas helicoidais pode ser estimada usando os resultados do torque final de instalação. Sendo assim, para atender à necessidade de se determinar o torque de instalação de fundações helicoidais ainda na fase de projeto, um método simplificado foi desenvolvido e validado com os resultados de 752 estacas helicoidais multi-hélices instaladas em solos predominantemente arenosos, de uma linha de transmissão brasileira. O modelo desenvolvido baseia-se nos resultados de ensaios SPT e considera o efeito de instalação das estacas no solo penetrado. Nesta dissertação é apresentada uma descrição detalhada do método proposto e uma comparação entre os resultados medidos em campo e calculados pelo método. Os resultados da comparação mostram que o método proposto pode estimar com sucesso o torque de instalação de estacas helicoidais. / The transmission lines in Brazil are usually very extensive, since the centers of power consumption are often far from the most hydroelectric plants. For this reason, the construction and maintenance of transmission lines is frequent in this country, and in a large percentage of transmission lines, helical piles are used as guy wire anchors and foundations for transmission towers. However, the estimates of the final embedded depth of numerous helical piles to be used in several towers of the transmission lines is still a challenge for the designers, pile suppliers and contractors. The final depth of helical foundations is controlled by the installation torque; therefore, if the torque necessary to install a helical pile could be accurately calculated based on the pile dimensions and results of in-situ soil tests (SPT), the prediction of pile lengths for costs estimations, the definition of suitable equipment for pile installation, and the estimate of the quantity of helical piles sections to be transported for a particular transmission line would be more precise. Additionally, the uplift capacity of helical piles can be estimated using the results of final installation torque. In order to address the existed need of determining the installation torque of helical foundations during the design phase, a simplified method was developed and validated with the results of 753 multi-helix piles installed in predominantly sandy soils of a Brazilian transmission line. The model proposed is based on the results of SPT tests, and considers the installation effect of helical piles on the soil penetrated. This text presents a detailed description of such method and a comparison between measured and predicted results. The comparison shows that the method proposed can successfully estimate the installation torque of helical piles.