O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de camadas superficiais de solo melhorado como base de fundações superficiais. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de placa de 30 cm de diâmetro sobre camadas de solo residual compactado e de solo tratado com cimento (teor de 5% de cimento), ambas com 60 cm de espessura. O programa experimental também incluiu a retirada de amostras de campo das camadas de solo melhorado para a execução de ensaios triaxiais drenados (CID) com medida interna de deformações, a fim de obter parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. Uma comparação entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras retiradas em campo e moldadas em laboratório (Rohlfes Junior, 1996) é apresentada. A diferença entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras de campo e laboratório foi significativa para o caso das amostras de solo melhorado com cimento, tal fato é atribuído principalmente a dificuldade de mistura em campo. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga x recalque das placas assentes sobre camadas de solo melhorado. O modelo Pseudo-Elástico Não Linear (Hiperbólico) foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento dos novos materiais. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento carga x recalque do solo natural (Cudmani, 1994). A analise do comportamento de fundações superficiais assentes em solos estratificados, através de simulações numéricas, demonstrou ser eficiente para a previsão do comportamento carga x recalque das mesmas. / The aim of this research is to study the behavior of layers of improved soil as a base for shallow foundations. In this work, plate loading tests of 30 cm diameter have been performed over layers of compacted soil and soil-cement mixtures (5% of cement in weight), both with 60 cm of thickness. The experimental program has also included sampling of improved soils in the field and the execution of drained triaxial tests with interna1 measurement of deformation. The triaxial tests results were used to obtain constitutive parameters for numerical simulation of the plate loading tests. A comparison between results of triaxial tests with samples collected in the field and obtained in laboratory conditions (Rohlfes Junior, 1996) is presented. The difference between field and laboratory samples was significant mainly for soil-cement mixture, due to field mixing problems. The finite element method was used to simulate the load-settlement behavior of plates based on improved soil layers. The hyperbolic model was used in the numerical analysis to reproduce the stress-strain behavior of the new materials. The results of the plate loading tests on layers of improved soils have shown an increase of bearing capacity, as well as, a reduction of settlements when compared to the test on natural soil (Cudmani, 1994). The analysis of the behavior of shallow foundations based in layered soils, through numerical simulation, have shown its efíiciency in forecasting load-settlement behavior in the field.

Este trabalho é parte integrante de uma linha de pesquisa destinada ao estudo de viabilidade técnica de melhoramento artificial de camadas de solo. Objetiva-se com este trabalho contribuir para a viabilização de uso de solos melhorados para suporte de fundações superficiais. O estudo baseou-se em resultados experimentais de provas de carga em placas circulares de 0,30m e 0,60m de diâmetro sobre camadas de solo melhorado com cimento (teor de 5%) de 0,15m, 0,30111 e 0,60m de espessura. Os diâmetros das placas (D) e as espessuras das camadas de solo melhorado com cimento (H) foram fixados de forma a obter-se três valores distintos da relação H/D, correspondendo a 0,5, 1 e 2. Os resultados, representados adimensionalmente através de relações entre a tensão normalizada e o recalque relativo, demonstram a influência da espessura da camada de solo melhorado no comportamento de fbndações superficiais submetidas a carregamento vertical. Uma correlação de natureza semiempirica é desenvolvida de forma a permitir a previsão da magnitude de recalques e tensões de ruptura de sapatas a partir de resultados de ensaios de placa. Foram também avaliados a aplicabiidade de modelos analíticos para fundações superficiais assentes em perfis de solos não homegêneos com características coesivo-fnccionais. Neste sentido, apresenta-se urna comparação quantitativa e qualitativa entre os diversos métodos de previsão da capacidade de suporte e recalques, bem como uma validação das proposições através de comparações entre resultados calculados e medidos experimentalmente em campo. Os principais resultados obtidos na pesquisa são: [a] melhora de desempenho das fundações quando apoiadas em solos tratados, [b] dificuldade de previsão das cargas de ruptura e níveis de recalques em fundações apoiadas em solos estratifcados através de métodos analíticos, refletindo a complexidade deste problema de interação solo-estrutura e [c] desenvolvimento de uma metodologia semi-empírica para estimativa do comportamento de fùndações superíiciais com base em resultados de ensaios de placa. / The study of the technical viability of soil improvement with cement and its application to support shallow foundations are the aims of the present research. Data are presented comparing the load-settlement behaviour of circular steel plate loading tests 0,30m and 0,60m diameter resting on improved layers (5% degree of cementation) 0,15m, 0,30111 and 0,60m thick. The diameter of the plates (D) and the thickness of the cemented layers (H) have been selected in order to produce ratios of D/H of 0,5, 1 and 2. The results are expressed in t e m of dimensionless variables in a plot of norrnalised applied pressures versus relative settiements. The infiuence of soíl cemented layers on the load-settlement response of shallow foundations is clearly demonstrated. A semi-empirical correlation is developed in an attempt to assess the magnitude of settlements and to estimate bearing capacity of the plate loadig test results. Additionally, the existing analytical formulations for predicting the behaviour of shaiiow foundations on stratified soil profiles of cohesive-fnctional nature have been revised. A comparison of the analytical predictions and experimental measurements was produced and some parametrical study of the influente of the various pararneters used in the analysis is presented. The main conclusions of the work are summarised as follows: [a] the benefits of having an improved soil layer irnmediate below the foundation element was clearly demonstrated by observing the overd behaviour of the load tests, [b] the existing closed form solutions can not rnodel precisely the load-settlement behaviour of such a complex soilsuucture interaction problem and [c] the semi-empirical proposition developed to predict the behaviour of the load tests can be useful to estimate settlements and bearing capacity of foundations on cohesive-fiictional soil layers.

O estado atual do conhecimento na Engenharia de Fundações é baseado em trabalhos teóricos que fundamentam os problemas de interação solo-estrutura, em resultados de provas de carga e em soluções numéricas. Boa parte da bibliografia é dedicada a estacas cravadas, sendo as referências a trabalhos em estacas escavadas de pequeno diâmetro muito reduzidas. No Uruguai é freqüente a utilização de estacas escavadas de pequeno diâmetro; uma característica particular é que geralmente na execução das estacas utiliza-se concreto apiloado. Entre 1995 e 1999, o Instituto de Estruturas e Transporte da Faculdade de Engenharia de Montevideo, desenvolveu um programa de pesquisa nos solos argilosos da formação geológica “Libertad”, muito comum na região sul do Uruguai, a mais urbanizada do pais. Foram executadas 46 provas de carga em estacas de pequeno diâmetro, 34 à tração e 12 à compressão. A grande maioria foram levadas até à ruptura, sendo este um dos fatores que diferencia o presente estudo de outros trabalhos, uma vez que provas de carga em estacas são normalmente ensaiadas para carregamentos de 2 vezes a carga de trabalho. Esta pesquisa constitui-se em uma contribuição inédita, por tratar-se do primeiro trabalho sistemático relacionado à avaliação do desempenho de fundações dentro da prática de engenharia no Uruguai No presente trabalho diferentes critérios de interpretação da curva carga-recalque são avaliados, sendo complementarmente analisada a influência da relação comprimento/diâmetro na deformabilidade do sistema solo-estaca. Foram aplicados ainda, vários métodos de previsão da capacidade de carga com base nos ensaios SPT e CPT, estudando-se assim a validade da aplicação destes métodos à realidade uruguaia. O método de Philipponnat (1986), apresentou o melhor desempenho entre todos os métodos de previsão de capacidade de carga analisados. Porém trata-se de um método baseado no CPT, não muito utilizado na prática uruguaia. Por este motivo, recomendase os métodos de Decourt e Quaresma (1978) ou Cabral (1987); estes dois métodos utilizam os resultados do ensaio SPT, ferramenta mais utilizada no Uruguai para projeto de fundações que o CPT.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-16T16:21:44Z No. of bitstreams: 1 2017_FranciscoJavierAlvaGarcia.pdf: 47786384 bytes, checksum: 99417c3f3defeb26c8c4969558fdba2b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-20T21:57:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FranciscoJavierAlvaGarcia.pdf: 47786384 bytes, checksum: 99417c3f3defeb26c8c4969558fdba2b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-20T21:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FranciscoJavierAlvaGarcia.pdf: 47786384 bytes, checksum: 99417c3f3defeb26c8c4969558fdba2b (MD5) Previous issue date: 2017-11-20 / Esta tese de doutorado tem por finalidade investigar a presença e o comportamento de radiers estaqueados, com e sem estacas defeituosas, carregados horizontalmente em solo tropical. Para tanto, foram estudados cinco modelos de sistemas de fundação para análise. O primeiro deles consiste num radier estaqueado de apenas uma estaca intacta. Já o segundo e o terceiro consistem num radier estaqueado com três estacas, com mesma geometria, dimensões e materiais. A única diferença entre o segundo e o terceiro modelo é que um deles possui uma estaca danificada. Também, o quarto e o quinto modelos possuem constituição similar: um radier estaqueado com quatro estacas, com mesma geometria, dimensões e materiais, mas com a diferença que num deles há uma estaca danificada. Cabe informar que todos esses modelos foram construídos e testados sob carregamento vertical antes mesmo deste trabalho e fizeram parte do projeto de pesquisa Fapesp 2011/17959-3. Utilizaram, na época, uma broca helicoidal para construir esses sistemas de fundação, e que as estacas têm as dimensões de 5 metros de comprimento e 25 centímetros de diâmetro. Como parte do trabalho de pesquisa, testes de carga horizontal em verdadeira grandeza foram realizados em cada um dos cinco sistemas, dos quais foi possível obter uma curva experimental p-y para cada um deles. Todo esse trabalho de campo foi feito no campo experimental da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Campinas, SP. O perfil geotécnico da pesquisa lá do campo correspondeu a uma camada de argila limpa (que é porosa, coluvial, laterítica e colapsível), cobrindo uma camada de areia marrom com rochas alteradas. Para avaliar a importância da presença de uma estaca danificada, cada uma das curvas obtidas experimentalmente foi analisada por meio do critério de falha para estudar o efeito da estaca danificada no sistema de fundação. Assim, a carga final e de trabalho para cada sistema de fundação foi determinada usando alguns métodos clássicos de extrapolação e um critério de deslocamento. ix Posteriormente, baseado nos resultados dos testes de campo, foi possível modelar os cinco sistemas de fundação por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), usando o software comercial Abaqus, versão 14.4. A simulação numérica foi bem correlacionada em cada um deles, em relação aos resultados experimentais obtidos a partir das provas de carga em verdadeira grandeza. Por isso, conclusões interessantes foram obtidas quanto aos procedimentos e metodologias envolvidos na análise não-linear numérica 3D, bem como em relação à presença de uma estaca defeituosa. Além disso, a variação no módulo de reação com a profundidade do solo e o comportamento estrutural durante o fenômeno foi estudado para o radier estaqueado de apenas uma estaca intacta. Finalmente, foi possível estudar a interação solo-estrutura para cada sistema de fundação. No que diz respeito às pontas e o radier, o comportamento em diferentes estágios de carga foi avaliado e, para os fustes das estacas de cada sistema de fundação, o comportamento deles foi estudado sob critérios de deslocamento. / With the aim of investigating the impact of the presence and engagement of defective piles, a three-dimensional approach to analyzing laterally loaded intact and defective piled raft systems is presented. Five subsurface models are used in the analyses. The first one consists of piled raft with one intact pile. The second and third models consist of a piled raft system with three piles each; they have the same geometry, dimensions and materials, and the only difference between them is that one of them has a defective pile. The fourth and fifth models are a piled raft system with four piles, and like the three-pile systems, the only difference between them is also a defective pile. It is important to emphasize that all the above-mentioned foundation systems were built and vertically loaded prior to this research work, as part of the research project: Fapesp 2011/17959-3. All piled raft systems involved bored piles drilled with helical auger to 5.0 m in depth and measuring 0.25 m in diameter. As part of this research work, a full-scale lateral load test was performed on each of the aforementioned five models, and an experimental p-y curve was obtained for each of them. All those measurement field works were executed at the FEC experimental site of the Campinas University, SP. The geotechnical profile of this research site consists of a silty clay layer, which is porous, colluvial, lateritic and collapsible, overlying a brown silty sand layer with altered rocks. To evaluate the importance of the presence of a defective pile, each of the experimental curves obtained through some failure criteria were analyzed to study the effect of the defective pile in the foundation systems. Thus, the ultimate and works load for each foundation system were determined previously using some classical methods of extrapolation and a displacement criterion. Later, based on the field test results, it was possible to model the five piled raft systems through the finite element method (FEM), using Abaqus commercial software, version 14.4. A numerical simulation was well correlated in each one of them, with respect to the experimental results obtained from the respective full-scale load test. Interesting conclusions xi have been drawn regarding the procedures and methodology involved in 3D numerical nonlinear analysis, as well as in relation to the presence of a defective pile. Moreover, the variation in the subgrade reaction modulus with soil depth and the structural behavior during the phenomenon was studied only for the piled raft with one intact pile. Finally, it was possible to study the interaction soil-structure for each foundation system. Concerning the tips and the raft, the behavior under different loading stages was evaluated, and only for the shaft of each pile of each system was the behavior studied under a displacement criterion set.

Na prática Brasileira os projetos de fundações são elaborados fi-eqüentemente com base em resultados de ensaios de SPr. Desde a década de 1960, novos ensaios de investigação de subsolo tem sido incorporados à prática geotécnica, complementando as infonnações obtidas no SPr, e fornecendo uma descrição mais detalhada das características do subsolo. Este trabalho tem como objetivo principal a análise do desempenho da metodologia corrente de previsão de capacidade de carga de estacas escavadas, a partir dos resultados de ensaios de Conepenetrometria (CPT), realizados em solos residuais. A experiência acumulada do ensaio de Cone a 1Úvel internacional é restrita a depósitos de solos sedimentares, havendo a necessidade de ampliação do banco de dados de provas de carga em solos de origem residual. Com o oQjetivo de relacionar resultados de ensaios de Cone (CPT) com o dimensionamento de estacas escavadas em solos residuais, foram utilizadas as metodologias propostas por Aoki & Velloso (1975), Bustamante & Gianeselli (1982) e Philipponnat (1986), comparando cargas de ruptura medidas e estimadas. As análises são aplicadas tanto à estimativa da resistência de atrito lateral (Pl) como da carga de ponta (PP) das estacas O banco de dados utilizado neste estudo é composto de 22 estacas escavadas com diâmetro entre 400 e 700 mm e comprimento entre 7,5 e 25,0 m, bem como 31 sondagens CPT com profundidades variando de 5,0 a 25,0 m. São utilizados resultados de Provas de carga no Estado do Rio Grande do Sul, sendo posteriormente ampliado para outros casos publicados da prática brasileira. Todas as 22 estacas escavadas analisadas foram ensaiadas através de Prova de carga do tipo SML, sendo o Método de Van der Veen (1953) utilizado como referência para obtenção da carga de ruptura. Conclui-se a partir do estudo dos casos que nenhum dos três métodos analisados, propostos por Aoki & Velloso (1975), Bustamante & Gianeselli (1982) e Philipponnat (1986), apresentou desempenho satisfatório para o conjunto de dados analisados. Em geral as cargas previstas foram superiores às cargas medidas, o que caracteriza uma condição contrária à segurança. Entre os métodos analisados, o proposto por Aoki & Velloso (1975) produziu a melhor relação entre cargas medidas com cargas estimadas, porém sugere-se a ampliação deste banco de dados previamente ao uso generalizado deste método na prática de engenharia sempre que as estimativas forem realizadas com base em resultados de ensaios CPr.

O presente trabalho apresenta um estudo detalhado da monitoração de energia durante a cravação do amostrador no ensaio SPT, bem como da identificação dos fatores que influenciam estas medidas. Para tanto foi desenvolvido um equipamento para a aquisição dos sinais de força e de aceleração que consta de uma célula de carga, amplificadores e condicionadores de sinais de força e aceleração, sistema de aquisição de sinal e tratamento numérico dos registros. Paralelamente foi implementado um programa embasado na técnica de diferenças finitas que simula numericamente o ensaio, inclusive o balanço das distintas energias ao longo do processo. De posse dessas ferramentas e tecnologia efetuou-se uma extensa campanha de ensaios totalmente controlados. Os resultados da campanha experimental, associados aos fundamentados e princípios básicos da física, permitiram o entendimento do processo de cravação do amostrador no solo com a determinação das perdas (eficiências) ocorridas ao longo do processo e a proposição de uma nova abordagem de interpretação fundamentada no trabalho efetivamente consumido na cravação do amostrador no solo. O conhecimento deste trabalho abre uma gama de alternativas para a estimativa de propriedades de comportamento de solos com base em resultados de medidas de SPT. Exemplos da aplicação destas alternativas são apresentados Ao longo do trabalho verificou-se que: O intervalo de integração utilizado na apropriação da energia deve ser tal que leva em consideração os golpes subseqüentes mesmo em se tratando de hastes longas; A energia assim determinada é dependente da resistência do solo; Existem perdas de energia ao longo das hastes; Estas perdas são diretamente proporcionais ao comprimento das hastes; O ensaio é um fenômeno de grandes deslocamentos e, portanto, deve ser interpretado com a adoção de um referencial fixo e fora do sistema; A variação da energia potencial das hastes deve ser considerada no computo da energia consumida na cravação do amostrador no solo e esta variação da energia é diretamente proporcional à massa das hastes.

A previsão da capacidade de carga de estacas constitui-se um dos desafios da engenharia de fundações por requerer, na teoria, a estimativa de propriedades do solo, suas alterações pela execução da fundação e o conhecimento do mecanismo de interação solo-estaca. Devido à dificuldade de reproduzir analítica e numericamente o mecanismo de interação solo-estaca, a prática brasileira faz uso correlações empíricas, relacionando diretamente os resultados do ensaio SPT com o desempenho do elemento de fundação. Apesar da grande contribuição dos métodos tradicionalmente utilizados, a sua validade está limitada à prática construtiva regional e às condições específicas dos casos históricos utilizados em seu estabelecimento. Com o objetivo de incorporar à engenharia de fundações brasileira um novo método de previsão de capacidade de carga de estacas, obtido diretamente a partir de ensaios SPT, desenvolveu-se nesta pesquisa uma metodologia baseada na interpretação do ensaio SPT sugerida por Odebrecht (2003). À luz desta nova interpretação, utiliza-se a força dinâmica de reação do solo à cravação do amostrador SPT para estimar a capacidade de carga de estacas, relacionando os mecanismos de mobilização de resistência do amostrador (modelo) com os da estaca (protótipo). No intuito de validar a metodologia proposta, organizou-se neste trabalho, um expressivo banco de dados compostos por 325 provas de carga à compressão e 43 provas de carga à tração, executadas em diferentes regiões do país. Das provas de carga à compressão, 132 casos são de estacas cravadas pré-moldadas de concreto, 28 de estacas metálicas, 95 de estacas hélice contínua e 70 casos de estacas escavadas. Já nas provas de carga à tração, 3 casos são de estacas cravadas pré-moldadas, 31 de estacas hélice contínua e 9 casos de estacas escavadas. Conclui-se a partir de análises comparativas entre cargas previstas e medidas que o método proposto é capaz de prever de forma satisfatória a capacidade de carga de estacas. Uma análise estatística dos dados possibilitou atribuir à estimativa de capacidade de carga, um intervalo de confiança das previsões, baseado na confiabilidade requerida para o projeto.

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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2014. / Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2014-11-20T16:24:18Z No. of bitstreams: 1 2014_ÍgorFernandes.pdf: 2832732 bytes, checksum: 6738af680d5b55034fc5787f229a08ec (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-11-20T16:28:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_ÍgorFernandes.pdf: 2832732 bytes, checksum: 6738af680d5b55034fc5787f229a08ec (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-20T16:28:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_ÍgorFernandes.pdf: 2832732 bytes, checksum: 6738af680d5b55034fc5787f229a08ec (MD5) / Usualmente, os requisitos de projetos de fundações rasas não são total ou parcialmente satisfeitos pelo solo da área em estudo. Isto ocorre porque o solo natural é um material complexo e de comportamento variável. Portanto, inúmeros métodos construtivos têm sido desenvolvidos ao longo dos anos para viabilizar a construção de estruturas sobre camadas de solos com baixa capacidade de suporte. Um método possível envolve o emprego de geossintéticos. Estes podem, por exemplo, viabilizar a construção de aterros sobre solos moles de diversas formas, de acordo com a função ou funções que os mesmos desempenham. Todavia, ainda há dúvidas e incertezas a respeito da utilização de reforço geossintético sob fundações rasas em aterros, principalmente em relação às consequências de recalques excessivos e de rupturas. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo sobre fundações diretas corridas em aterros reforçados com geossintéticos. Para esta finalidade foi utilizado o método dos elementos finitos, com o uso do programa Plaxis 2D. Foram modelados dois casos distintos: o primeiro com uma fundação superficial isolada e o segundo com duas fundações superficiais próximas. No primeiro caso, os aspectos principais obtidos para as análises foram a capacidade de carga e os recalques na aplicação de uma carga de referência (carga de ruptura do sistema sem reforço). Já no segundo, foi verificado o comportamento das sapatas sob condições de serviço. Para as análises desse caso, foram consideradas as distorções angulares entre as sapatas, comparando-as com as distorções limites associadas a danos em edificações. Os resultados obtidos mostram que a presença de camadas de reforço convenientemente especificadas em termos de características geométricas e mecânicas, bem como apropriadamente distribuídas sob a fundação rasa, pode aumentar significativamente a capacidade de carga e reduzir os recalques da fundação. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Soils usually do not comply entirely with the requirements for the use of shallow foundations on a routine basis. This is due to soil variability and complexity of soil behaviour. Therefore, several construction methods have been developed through the years to allow the construction on compressible grounds. One of the methods available is the use of geosynthetics for soil reinforcement. Reinforced embankments can be built on soft soils because of the stabilizing effect of the reinforcement presence. However, uncertainties do exist with regard to the use of geosynthetic reinforcement underneath shallow foundations, such as footings. In this dissertation the finite element method was employed to investigate the behaviour of an isolated and of two adjascent strip footings using the code Plaxis 2D. For the former situation, the main parameters investigated were bearing capacity and settlements caused by the application of a reference load on the footing (failure load of the footing resting on unreinforced fill). For the case of two adjascent footings, the main interest was to evaluate the distortion between the footings when they were subjected to working conditions. The results obtained showed that, when properly specified in geometrical and mechanical terms as well as propely distributed underneath the footing, geosynthetic reinforcement can increase significantly the footing bearing capacity and reduce its settlements.