Apresenta-se o conceito de elemento isolado de fundação em tubulão, e analisa-se 10 provas de carga dinâmica de energia crescente, nos tubulões, considerando as provas de carga estática realizadas anteriormente nos mesmos. Os ensaios são realizados em tubulões a céu aberto, situados em maciço de solo da formação Rio Claro e Itaqueri, no campo experimental de fundações da USP/EESC. As análises baseiam-se em curvas de resistência x deslocamento e gráficos que mostram a evolução da resistência mobilizada com o aumento da energia aplicada, resultantes dos impactos do ensaio dinâmico de energia crescente (metodologia PDA e análises CAPWAP). Analisam-se também a influência da pré-inundação e da variação da sucção do maciço de solos nos ensaios dinâmicos, o efeito do reensaio e a variabilidade nos resultados de ensaios de investigação geotécnica (SPT e CPT), realizados no campo experimental. Os resultados das provas de carga dinâmica de energia crescente mostram que a resposta do sistema isolado de fundação em tubulão é diferente a cada nível de energia aplicada e que a história de carregamento do elemento isolado de fundação é de extrema importância para análise dos ensaios nele realizado. / The concept of an isolated foundation element in large diameter bored pile is presented and 10 dynamic loading tests with increased energy are analysed. The interpretation of the dynamic loading tests has been proceeded with due consideration of the results of static loading tests performed previously. The loading tests have been carried out in large diameter bored piles founded in Rio Claro and Itaqueri soil formation, situated in the experimental foundation field of USP/EESC. The analyses are based on resistance x displacement curves and selected graphics illustrating the development of mobilized resistance with increasing applied energy during a dynamic loading test (PDA methodology and CAPWAP type analysis). The influence of previous inundation in soil mass and suction variation are also analysed, as well as the effect of test repetition and variability in SPT and CPT results. The results obtained with the dynamic loading tests with increasing energy revealed a distinct behaviour of the isolated foundation system for each level of applied energy, showing that the loading history is an aspect of extreme relevance to an adequate analysis of the dynamic tests perfomed.

Objetivou-se estudar o comportamento de estacas escavadas de grande diâmetro em uma obra de um Shopping Center na cidade de São Paulo. As estacas foram submetidas a carregamentos axiais de compressão, sendo que as estacas foram instrumentadas em profundidade. Utilizou-se de teorias amplamente conhecidas no meio técnico com o propósito de interpretar as curvas carga vs recalque, obtendo-se resultados como os diagramas de transferência de carga ao longo do fuste e atrito lateral unitário, gráficos do produto ES das estacas ensaiadas, gráficos de rigidez das estacas e as duas relações modificadas de Cambefort. O presente trabalho visa conseguir parâmetros que pudessem proporcionar uma redução no comprimento das estacas em obra e apresentar resultados que auxiliem os projetistas no dimensionamento de fundações usando-se estacas escavadas de grande diâmetro, sempre tendo cuidado e critério na extrapolação dos resultados em solos diferentes dos apresentados aqui. / The objective of this Msc Thesis is to study the behavior of large diameter drilled pile in the construction of a shopping mall in Sao Paulo. The piles were subjected to axial compression loads and instrumented in depth. Widely known theories were used to interpret load vs settlement curves, obtaining such results as transfer loads diagrams along the shaft and lateral friction unit, ES product and stiffness grafics of tested piles and two modified Cambefort Laws. This paper aims to achieve parameters that will allow a reduction in pile lengths and to present results that will aid designers in the design of large diameter drilled pile, provided that the needed care is taken when extrapolating results to soils of different geological origins from those presented here.

O ensaio de simples reconhecimento com o SPT é um dos mais utilizados para investigação do subsolo nos EUA e no Brasil. Os dados obtidos com este ensaio dinâmico, tais como o índice de resistência à penetração NSPT, classificação do solo e nível freático são usados por diferentes métodos para estimativa de capacidade de carga de fundações rasas e profundas. Para um mesmo solo, o índice NSPT pode ser diferente se diferentes equipamentos forem usados devido ao fato de que diferentes equipamentos de SPT mostram diferentes níveis de eficiência. Em vista disso, uma alternativa para estimar a eficiência do ensaio SPT é utilizando-se o ensaio de prova de carga estática sobre o amostrador. Este ensaio foi implementado para poder avaliar a eficiência do ensaio SPT. Para este fim, foram executados 13 ensaios dinâmicos e 13 ensaios estáticos no campus experimental do Laboratório de Engenharia Civil da UNESP (Bauru). Para estimar a eficiência do ensaio SPT através do ensaio dinâmico, um sistema de aquisição analógico-digital foi utilizado para obter registros de aceleração e força na seção localizada junto ao amostrador SPT. O ensaio dinâmico foi modificado para utilizar várias energias potenciais nominais do martelo e sistemas de elevação. A determinação da eficiência do ensaio através da execução da prova de carga estática foi obtida com base no princípio de Hamilton. Adicionalmente, realizando-se a comparação entre o comportamento de carregamento dinâmico e estático, pode-se obter a resistência estática do sistema amostrador-solo. Esta resistência é calculada utilizando a base de dados obtidas no campo e a aplicação de vários métodos de estimativa como: Aoki et al.(2007), De Souza (2009) e Odebrecht (2003). Os resultados da estimativa da eficiência através do ensaio de prova de carga estática sobre o amostrador mostraram-se consistentes em relação aos valores obtidos com o ensaio dinâmico. Concluiu-se que a execução do ensaio de prova de carga estática sobre, o amostrador é uma alternativa simples e econômica para obter a eficiência do SPT. / The Standard Penetration Test, SPT, is one of the most used one for subsoil information in the USA and Brazil. The data obtained in this dynamic test, such as the penetration resistance index, NSPT, the soil classification and phreatic level are used by different methods to estimate the shallow and deep foundations load capacity. For the same soil, the index NSPT can be different if different equipments are used, because different SPT equipments show different efficiency levels. Having this in mind, an alternative to estimate the essay efficiency of the SPT test is using the static load test (SLT) to the sampler. This test was implemented in order to evaluate the efficiency of SPT. To do so, 13 dynamic tests and 13 static tests were performed in the experimental campus of the State University of São Paulo at Bauru (Unesp- Bauru-Brazil). To estimate the efficiency of the SPT test through the dynamic test, a data acquisition system was used to register accelerations and forces at the located section close to the sampler SPT. The dynamic test was modified so that it would be possible to use many nominal potential energy of the hammer and elevation systems. The estimation of the efficiency made through the SLT tests was based on Hamilton\'s principle. Furthermore, by comparing the dynamic and static behavior, we can get the soil-sampler interface static resistance. This resistance is calculated by using the field data through various estimation methods such as Aoki\'s (2007), De Souza\'s (2009) and Odebrecht\'s (2003). The estimates of the efficiency obtained through SLT test were found to be consistent with those obtained through the SPT modified tests. We conclude that SLT is a simple and non-expensive alternative to obtain the efficiency of SPT equipment.

Este trabalho apresenta resultados de provas de carga em tubulões a céu aberto, com o monitoramento do teor de umidade através do processo de tradagem, a cada metro, até uma profundidade de 9,0 m, em um maciço de solo não-saturado e colapsível, representativo da região centro-oeste do interior do Estado de São Paulo. Ao todo, realizaram-se dez provas de carga, no Campo Experimental de Fundações da EESC/USP, com e sem inundação do terreno, com carregamento do fuste, foram introduzidas placas de isopor (E.P.S) a fim de, durante a realização dos ensaios, obter separadamente as parcelas de resistência de base e por atrito lateral. A partir dos dados obtidos, procedeu-se uma análise da influência da pressão de sucção, da inundação do terreno e do intervalo de tempo entre a escavação e os outros dois, concretados logo após a etapa de escavação. Observou-se que a sucção tem um efeito importante no comportamento dos tubulões a céu aberto: com o aumento da sucção maiores se tornam as resistências de base e por atrito lateral. Consequentemente, a influência do colapso apresenta-se mais significativa com o aumento da pressão de sucção. / This work presents results of static load tests, in large diameter bored piles, with measurements of soil moisture content in an unsatured collapsible soil, considered as representative of the middle - west region of the State of São Paulo, Brazil. Ten load tests were performed at Foundation Experimental Field of the EESC/USP, with and without wetting of the pit and the with quick maintained load (QML). In the large diameter bored piles were introduction, between the base and the shaft, an layer of \"isopor\", to separate the skin friction and the base resistance, during the static load tests. The gathered data allowed an assessment of the influence the soil suction, of the soil soaking and the effect between excavation and concrete in the behaviour these isolate elements of foundation.

Apresenta-se o conceito de elemento isolado de fundação em tubulão, e analisa-se 10 provas de carga dinâmica de energia crescente, nos tubulões, considerando as provas de carga estática realizadas anteriormente nos mesmos. Os ensaios são realizados em tubulões a céu aberto, situados em maciço de solo da formação Rio Claro e Itaqueri, no campo experimental de fundações da USP/EESC. As análises baseiam-se em curvas de resistência x deslocamento e gráficos que mostram a evolução da resistência mobilizada com o aumento da energia aplicada, resultantes dos impactos do ensaio dinâmico de energia crescente (metodologia PDA e análises CAPWAP). Analisam-se também a influência da pré-inundação e da variação da sucção do maciço de solos nos ensaios dinâmicos, o efeito do reensaio e a variabilidade nos resultados de ensaios de investigação geotécnica (SPT e CPT), realizados no campo experimental. Os resultados das provas de carga dinâmica de energia crescente mostram que a resposta do sistema isolado de fundação em tubulão é diferente a cada nível de energia aplicada e que a história de carregamento do elemento isolado de fundação é de extrema importância para análise dos ensaios nele realizado. / The concept of an isolated foundation element in large diameter bored pile is presented and 10 dynamic loading tests with increased energy are analysed. The interpretation of the dynamic loading tests has been proceeded with due consideration of the results of static loading tests performed previously. The loading tests have been carried out in large diameter bored piles founded in Rio Claro and Itaqueri soil formation, situated in the experimental foundation field of USP/EESC. The analyses are based on resistance x displacement curves and selected graphics illustrating the development of mobilized resistance with increasing applied energy during a dynamic loading test (PDA methodology and CAPWAP type analysis). The influence of previous inundation in soil mass and suction variation are also analysed, as well as the effect of test repetition and variability in SPT and CPT results. The results obtained with the dynamic loading tests with increasing energy revealed a distinct behaviour of the isolated foundation system for each level of applied energy, showing that the loading history is an aspect of extreme relevance to an adequate analysis of the dynamic tests perfomed.

ABSTRACT NON-LINEAR MATHEMATICAL MODELING OF GEAR-ROTOR-BEARING SYSTEMS INCLUDING BEARING CLEARANCE G&Uuml / RKAN, Niyazi Ersan M.S. Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. H. Nevzat &Ouml / ZG&Uuml / VEN November 2005, 130 pages In this study, a non-linear mathematical model of gear-rotor systems which consists of elastic shafts on elastic bearings with clearance and coupled by a non-linear gear mesh interface is developed. The mathematical model and the software (NLGRD 2.0) developed in a previous study is extended to include the non-linear effects due to bearing clearances by using non-linear bearing models. The model developed combines the versatility of using finite element method and the rigorous treatment of non-linear effect of backlash and bearing clearances on the dynamics of the system. The software uses the output of Load Distribution Program (LDP), which computes loaded static transmission error and mesh compliance for the contact points of a typical mesh cycle, as input. Although non-varying mesh compliance is assumed in the model, the excitation effect of time varying mesh stiffness is indirectly included through the loaded static transmission error, which is taken as a displacement input into the system. Previous computer program which was written in Fortran 77 is rewritten by using MatLAB 7.0 and named as NLGRD (Non-Linear Geared Rotor Dynamics) Version 3.0. The program is highly flexible and open to further developments. The program calculates dynamic to static load ratio, dynamic transmission error, forces and displacements at bearings. The mathematical model suggested and the code (NLGRD version 3.0) are validated by comparing the numerical results obtained from the model suggested with experimental data available in literature. The results are also compared with those of previously developed non-linear models. The effects of different system parameters such as bearing stiffness, bearing clearance and backlash on the gears are investigated. The emphasis is placed on the interaction of clearances in bearings with other system parameters.

[pt] Otimização estrutural sujeita a carregamentos dinâmicos é um problema desafiador em vários aspectos, a começar pelo grande número de restrições que devem ser atendidas em todos os instantes de tempo. Além disso, o custo computacional para avaliar os gradientes destas restrições é bastante elevado e requer um grande espaço de armazenamento. Na literatura, alguns métodos reduzem o número de restrições avaliando em instantes de tempo selecionados, como o pior caso por exemplo, ou ainda constroem um funcional equivalente, integrando as restrições violadas ao longo do tempo, assim eliminando essa dependência. Nesta dissertação, o método do Carregamento Estático Equivalente (ESL) é utilizado, no qual o problema dinâmico original é transformado em uma sequência de subproblemas de otimização linear estática com múltiplos casos de carga. Um atrativo deste método é a possibilidade da solução de problemas não lineares, evitando o alto custo devido às repetidas análises estruturais e cálculos das restrições. Problemas clássicos de treliças planas submetidas a carregamentos dinâmicos são resolvidos utilizando o método ESL. A função a ser minimizada é a massa da treliça, que está sob restrições de tensão e deslocamento, onde as variáveis de projeto são as áreas da seção transversal dos membros. Além disso, uma interface utilizando ANSYS e MATLAB é desenvolvida para uma abordagem modular, na qual a análise via elementos finitos e a otimização possam ser realizadas separadamente. Este processo viabiliza a otimização de estruturas que apresentam comportamentos não lineares a partir da utilização de diversos softwares comerciais disponíveis no mercado. / [en] Structural optimization subject to dynamic loading is a challenging problem in many aspects, starting with the large number of constraints that must be respected at all instants of time. Furthermore, the computational cost to evaluate the gradients of these constraints is significantly high and requires a large storage space. In the literature, some methods reduce the number of constraints evaluating at selected instants of time, such as the worst case. Alternatively, a single equivalent functional is constructed to eliminate the time dependence by integrating the violated constraints over time. In this work, the Equivalent Static Load (ESL) method is used, in which the original dynamic problem is reduced into a number of static linear optimization problems with multiple load cases. An attractive feature of this method is the possibility of solving non-linear problems, avoiding the high cost due to repeated structural analyzes and constraint calculations. Classical problems of plane trusses subjected to dynamic loads are solved using the ESL method. The function to be minimized is the truss mass, which is subjected to stress and displacement constraints, where the design variables are the cross-sectional areas of the members. In addition, an interface using ANSYS and MATLAB was developed for a modular approach, in which finite element analysis and optimization can be performed separately. This process makes possible the optimization of structures that present non-linear behavior from the use of most structural analysis software packages available on the market.

Este trabalho apresenta resultados de provas de carga em tubulões a céu aberto, com o monitoramento do teor de umidade através do processo de tradagem, a cada metro, até uma profundidade de 9,0 m, em um maciço de solo não-saturado e colapsível, representativo da região centro-oeste do interior do Estado de São Paulo. Ao todo, realizaram-se dez provas de carga, no Campo Experimental de Fundações da EESC/USP, com e sem inundação do terreno, com carregamento do fuste, foram introduzidas placas de isopor (E.P.S) a fim de, durante a realização dos ensaios, obter separadamente as parcelas de resistência de base e por atrito lateral. A partir dos dados obtidos, procedeu-se uma análise da influência da pressão de sucção, da inundação do terreno e do intervalo de tempo entre a escavação e os outros dois, concretados logo após a etapa de escavação. Observou-se que a sucção tem um efeito importante no comportamento dos tubulões a céu aberto: com o aumento da sucção maiores se tornam as resistências de base e por atrito lateral. Consequentemente, a influência do colapso apresenta-se mais significativa com o aumento da pressão de sucção. / This work presents results of static load tests, in large diameter bored piles, with measurements of soil moisture content in an unsatured collapsible soil, considered as representative of the middle - west region of the State of São Paulo, Brazil. Ten load tests were performed at Foundation Experimental Field of the EESC/USP, with and without wetting of the pit and the with quick maintained load (QML). In the large diameter bored piles were introduction, between the base and the shaft, an layer of \"isopor\", to separate the skin friction and the base resistance, during the static load tests. The gathered data allowed an assessment of the influence the soil suction, of the soil soaking and the effect between excavation and concrete in the behaviour these isolate elements of foundation.

Objetivou-se estudar o comportamento de estacas escavadas de grande diâmetro em uma obra de um Shopping Center na cidade de São Paulo. As estacas foram submetidas a carregamentos axiais de compressão, sendo que as estacas foram instrumentadas em profundidade. Utilizou-se de teorias amplamente conhecidas no meio técnico com o propósito de interpretar as curvas carga vs recalque, obtendo-se resultados como os diagramas de transferência de carga ao longo do fuste e atrito lateral unitário, gráficos do produto ES das estacas ensaiadas, gráficos de rigidez das estacas e as duas relações modificadas de Cambefort. O presente trabalho visa conseguir parâmetros que pudessem proporcionar uma redução no comprimento das estacas em obra e apresentar resultados que auxiliem os projetistas no dimensionamento de fundações usando-se estacas escavadas de grande diâmetro, sempre tendo cuidado e critério na extrapolação dos resultados em solos diferentes dos apresentados aqui. / The objective of this Msc Thesis is to study the behavior of large diameter drilled pile in the construction of a shopping mall in Sao Paulo. The piles were subjected to axial compression loads and instrumented in depth. Widely known theories were used to interpret load vs settlement curves, obtaining such results as transfer loads diagrams along the shaft and lateral friction unit, ES product and stiffness grafics of tested piles and two modified Cambefort Laws. This paper aims to achieve parameters that will allow a reduction in pile lengths and to present results that will aid designers in the design of large diameter drilled pile, provided that the needed care is taken when extrapolating results to soils of different geological origins from those presented here.

O ensaio de simples reconhecimento com o SPT é um dos mais utilizados para investigação do subsolo nos EUA e no Brasil. Os dados obtidos com este ensaio dinâmico, tais como o índice de resistência à penetração NSPT, classificação do solo e nível freático são usados por diferentes métodos para estimativa de capacidade de carga de fundações rasas e profundas. Para um mesmo solo, o índice NSPT pode ser diferente se diferentes equipamentos forem usados devido ao fato de que diferentes equipamentos de SPT mostram diferentes níveis de eficiência. Em vista disso, uma alternativa para estimar a eficiência do ensaio SPT é utilizando-se o ensaio de prova de carga estática sobre o amostrador. Este ensaio foi implementado para poder avaliar a eficiência do ensaio SPT. Para este fim, foram executados 13 ensaios dinâmicos e 13 ensaios estáticos no campus experimental do Laboratório de Engenharia Civil da UNESP (Bauru). Para estimar a eficiência do ensaio SPT através do ensaio dinâmico, um sistema de aquisição analógico-digital foi utilizado para obter registros de aceleração e força na seção localizada junto ao amostrador SPT. O ensaio dinâmico foi modificado para utilizar várias energias potenciais nominais do martelo e sistemas de elevação. A determinação da eficiência do ensaio através da execução da prova de carga estática foi obtida com base no princípio de Hamilton. Adicionalmente, realizando-se a comparação entre o comportamento de carregamento dinâmico e estático, pode-se obter a resistência estática do sistema amostrador-solo. Esta resistência é calculada utilizando a base de dados obtidas no campo e a aplicação de vários métodos de estimativa como: Aoki et al.(2007), De Souza (2009) e Odebrecht (2003). Os resultados da estimativa da eficiência através do ensaio de prova de carga estática sobre o amostrador mostraram-se consistentes em relação aos valores obtidos com o ensaio dinâmico. Concluiu-se que a execução do ensaio de prova de carga estática sobre, o amostrador é uma alternativa simples e econômica para obter a eficiência do SPT. / The Standard Penetration Test, SPT, is one of the most used one for subsoil information in the USA and Brazil. The data obtained in this dynamic test, such as the penetration resistance index, NSPT, the soil classification and phreatic level are used by different methods to estimate the shallow and deep foundations load capacity. For the same soil, the index NSPT can be different if different equipments are used, because different SPT equipments show different efficiency levels. Having this in mind, an alternative to estimate the essay efficiency of the SPT test is using the static load test (SLT) to the sampler. This test was implemented in order to evaluate the efficiency of SPT. To do so, 13 dynamic tests and 13 static tests were performed in the experimental campus of the State University of São Paulo at Bauru (Unesp- Bauru-Brazil). To estimate the efficiency of the SPT test through the dynamic test, a data acquisition system was used to register accelerations and forces at the located section close to the sampler SPT. The dynamic test was modified so that it would be possible to use many nominal potential energy of the hammer and elevation systems. The estimation of the efficiency made through the SLT tests was based on Hamilton\'s principle. Furthermore, by comparing the dynamic and static behavior, we can get the soil-sampler interface static resistance. This resistance is calculated by using the field data through various estimation methods such as Aoki\'s (2007), De Souza\'s (2009) and Odebrecht\'s (2003). The estimates of the efficiency obtained through SLT test were found to be consistent with those obtained through the SPT modified tests. We conclude that SLT is a simple and non-expensive alternative to obtain the efficiency of SPT equipment.