O trabalho apresenta o histórico e o desenvolvimento dos equipamentos de estacas hélice segmentada, que surgiram no ano de 2002. Atualmente já existe um número representativo de equipamentos em operação no mercado, confirmando a boa aceitação do processo pelo meio técnico. São detalhados os aspectos executivos deste tipo de fundação e investiga-se o risco de sua execução no aspecto operacional, no que se refere à integridade da estaca, caso não sejam observados padrões ou regras adequadas pelas empresas executoras. Foram executados ensaios de integridade (PIT) em 10 estacas hélice segmentadas, instaladas em São Bernardo do Campo SP, com particularidades executivas diversificadas e em terreno com características distintas, que permitiram verificar a confiabilidade dos gráficos de monitoração da perfuratriz. Ainda neste trabalho, apresenta-se resultado de prova de carga instrumentada, feita numa estaca hélice segmentada de 30 cm de diâmetro e 12 m de comprimento, instalada no Campo Experimental de Fundações e Mecânica dos Solos da UNICAMP. A estaca foi submetida a carregamentos lento e rápido, estáticos e à compressão, e seus resultados são comparados com os de provas de carga em estacas tipo hélice contínua, de mesmo comprimento, feitas anteriormente no local. Ao término, apresentam-se algumas recomendações baseadas na pesquisa e no acompanhamento de obras, podendo-se assim, avaliar padrões de boa e má execução. / This work presents the history and development of segmented flight auger equipment, which appeared in 2002 in Brasil. Nowadays there is already a considerable number of equipments being operated in the market, confirming the well acceptance of the process in the technical field. The executive aspects on this type of foundation are detailed and it is investigated the risk of its execution in the operational aspect regarding the pile integrity, in case patterns or adequate rules are not observed by the pile companies. Pile integrity tests have been carried out in 10 segmented flight augers installed in São Bernardo do Campo SP, with executive particularities in diversified fields with distinguished characteristics, which allowed to check the reliability of monitoring graphs from the drilling machine. In addition, it is shown the result of an instrumented loading test, carried out on a segmented flight auger of 30 cm diameter and 12 m length, installed at the Experimental Field of Foundation and Soil Mechanics at UNICAMP. The pile was submitted to slow and quick static loading compression tests. A comparison is made with the results of load tests on continuous flight auguer, of the same length, done before on this site. Finally, some recommendations are presented based on the research and on the follow-up of constructions, allowing to evaluate patterns of good and bad execution.

Fundações profundas, quando solicitadas ao carregamento lateral, são regidas por três critérios de projeto: resistência última do solo, carga última do elemento estrutural e deflexão máxima. Esses critérios atuam em conjunto e é necessário que sejam analisados dessa forma, visto que a falha de um deles é capaz de acarretar o colapso de todo sistema. No que tange à resistência do solo, metodologias de capacidade de carga existentes traduzem o comportamento de solos granulares e coesivos. Dada a particularidade da atuação de solos residuais na mecânica dos solos, não há uma metodologia abrangente para estacas sujeitas a solicitação de carregamento lateral nesse tipo de solo, o qual apresenta comportamento intermediário e estrutura levemente cimentada. Em vista disso, o presente trabalho propõe um método de estimativa de capacidade de carga para estacas carregadas horizontalmente, quando inseridas em solo residual e em casos em que as mesmas apresentam topo locado em superfície de solo tratado. Dessa forma, dados de provas de carga lateral pré-existentes e ensaios de laboratório executados ao longo da pesquisa serviram como base para a proposição do método, fundamentado no comportamento do material quando solicitado ao carregamento lateral Ensaios de resistência à compressão simples, compressão oedométrica, compressão isotrópica e ensaios triaxiais com medidas de módulo cisalhante demonstram que há um ponto em que se dá a quebra da estrutura cimentada do solo, passando o mesmo a se apresentar num arranjo desestruturado, refletido em maiores deformações. Uma relação linear é capaz de equacionar a capacidade de carga, tanto para estacas inseridas em solo residual quanto para estacas executadas em solo com camada superficial melhorada. Essa relação é estabelecida entre a carga de ruptura das estacas ensaiadas e a área de solo adjacente à mesma, mobilizada pelo carregamento. Os resultados demonstram que a capacidade de carga das estacas estudadas é regida pela tensão de plastificação do material. O equacionamento proposto possibilita a obtenção da carga de ruptura com base em ensaios simples e de fácil execução, tal como o ensaio de resistência à compressão simples que estabelece relação direta com a tensão de plastificação do solo estudado. / Deep foundations, when requested to lateral loading, are governed by three design criteria: ultimate soil strength, piles’ ultimate load, and maximum deflection. These criteria act together and must be analyzed in this way, since the failure of one of them is capable of causing the collapse of the entire system. Regarding soil resistance, the current bearing capacity methodologies describe the behavior of granular and cohesive soils. Given the particular behavior of the residual soils in the soil mechanics, there is no comprehensive methodology for piles subject to lateral loads and inserted in this soil type, which presents an intermediate behavior and a lightly cemented structure. Thus, the present work proposes an estimated bearing capacity for crosswise loaded piles, when inserted in residual soil and in soil with the top layer cemented. So, data from preexisting lateral loading tests and laboratory tests, performed during the research, served as a basis for the proposition of the method, based on the behavior of the material when requested to lateral loading Unconfined compression tests, oedometer consolidation tests, isotropic compression, and triaxial tests with measures of shear modulus demonstrate that there is a point where the soil's cemented structure breaks down, presenting itself in a destructured arrangement, reflected by larger strains. A linear relationship is capable of equating the bearing capacity for both, piles inserted in residual soil and piles carried out in soil with improved surface layer. This relationship is established between the rupture load of the piles tested and the area of soil adjacent to it mobilized by the loading. The results shows that the piles' bearing capacity is governed by the yield stress of the material. The proposed equation makes it possible to obtain the rupture load based on simple and easy tests, such as the unconfined compression test that establishes a direct relationship with the yield stress of the studied soil.

objetivo principal do trabalho é determinar a capacidade última de tração (arrancamento) de uma fundação com solo tratado no topo a partir de uma modelagem numérica com o programa computacional Abaqus a partir dos ensaios feitos em solos tratados. Os modelos numéricos foram feitas a partir dos ensaios ao arrancamento em solos tratados por Ruver, 2011 e Girardello, 2014 para um aterro de areia (proveniente da cidade de Osório/RS) e areia com fibra (monofilamentos de polipropileno). Foi feito um modelo numérico inicial com as propriedades geotécnicas de ensaios feitos em laboratório e campo para depois fazer um ajuste do modelo com os ensaios ao arrancamento. Foi avaliado o modelo numérico de areia e areia-fibra para as tensões iniciais, deslocamentos inciais e a etapa geostatic porque não só é ter bons resultados nas figuras do ajuste, mas se ter um modelo numérico bem feito que apresente um comportamento próximo da realidade numericamente. Foram avaliados os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea, areia-fibra, avaliando sua influência geotécnica (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade) a partir de uma análise paramétrica. Foi feito um método de dimensionamento e estimativa da capacidade ao arrancamento para um aterro com areia e areia-fibra a partir das metodologias internacionais e os modelos numéricos. / The main objective of the work is to determine the ultimate traction (pullout) capacity of a foundation with treated soil at the top from a numerical modeling with the Abaqus computational program from the tests on treated soils. The numerical models were made from the pullout tests on soils treated by Ruver, 2011 and Girardello, 2014 for a sand dump (from the city of Osório / RS) and sand with fiber (polypropylene monofilaments). An initial numerical model was made with the geotechnical properties of laboratory and field tests to later calibrate the model with the pullout tests. It was evaluated the numerical model of sand and sand-fiber for the initial stresses, displacements and the geostatic step because not only is it to have good results in the figures of the calibration, but it is necessary to have a well-designed numerical model that presents behavior close to reality numerically. It was evaluated the benefits generated by the increase of the load capacity of excavated foundations and recovered with fine sand and homogeneous, sand-fiber, evaluating its geotechnical influence (cohesion, friction angle and modulus of elasticity) from a parametric analysis. A method of dimensioning and estimation of the pullout capacity for a backfill with sand and sand-fiber was done from the international methodologies and the numerical models.

A experiência acumulada quanto à análise do comportamento de fundações, em relação aos diversos perfis de solos, vem confirmando a necessidade de realizar ensaios em verdadeira grandeza para avaliação de desempenho desses elementos. Aplicação de metodologias empíricas e semi-empíricas, limitadas à prática construtiva regional e às condições específicas que contemplaram o seu estabelecimento, resultam em incertezas nos métodos de previsão e dispersão entre valores de capacidade de carga medidos e previstos. Com base nessas evidências, os ensaios de prova de carga representam a técnica mais comumente empregada para previsão e avaliação da capacidade de suporte em estacas. Como resultado, obtém-se uma curva carga versus deslocamento a partir de um carregamento estático no topo do elemento. Quando executadas em estacas instrumentadas ao longo do fuste, permitem avaliar a mobilização (transferência) de resistências (cargas) ao longo da profundidade e dos carregamentos. Alternativamente, o uso de células expansivas bidirecionais, comumente denominadas de “O-cell”, vem crescendo em nível internacional e confirmando seu potencial de aplicação, embasado por vantagens que incluem a ausência de um sistema de reação e a obtenção de forma direta da resistência de ponta e atrito lateral durante os carregamentos. No intuito de contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos de transferência de carga envolvidos em ensaios estáticos, o presente estudo comparou resultados dessas duas metodologias através de três de ensaios estáticos convencionais e um bidirecional realizados em duas estacas escavadas de grande diâmetro em areia. A distribuição dos carregamentos medidos em função do deslocamento em termos de carga total e de atrito lateral ao longo desses quatro ensaios caracterizou-se por resultados similares. Pequenas diferenças foram observadas entre o ensaio de topo e bidirecional executados em um mesmo elemento de fundação e estão possivelmente associadas aos diferentes níveis de deformação obtidos com as duas técnicas. As condições de limpeza e integridade da ponta em estacas moldadas in loco estão associadas a incertezas ainda que os procedimentos usuais de controle e limpeza tenham sido executados. Divergências entre a parcela de contribuição de ponta ao longo dos ensaios avaliados podem estar associadas a esses fatores e a pequenas variações da geometria descritas em detalhes no trabalho. Deformações medidas pelos strain gages instalados ao longo do fuste da estaca permitiram avançar no entendimento dos mecanismos de transferência de carga existentes durante os carregamentos impostos. Os resultados indicam que o atrito começa a ser mobilizado desde os primeiros incrementos de carga e permanece se desenvolvendo com o aumento das deformações que não são constantes ao longo da profundidade. O comportamento medido ao longo do fuste varia em função do nível de confinamento e ainda da densidade relativa do solo subjacente. Os resultados permitem concluir também que ainda que existam esforços residuais atuantes, sua ordem de grandeza não reflete mudanças importantes no comportamento de elementos de fundação moldados in loco. / The gained experience in foundations behavior analysis on different soil profiles confirms the need to perform tests on full-scale elements to evaluate pile performance. Application of empirical and semi-empirical methodologies, limited to the regional constructive practice and the specific conditions that led to its establishment, result in uncertainties in the prediction and dispersion methods between measured and predicted load capacity values. Based on these evidences, the load tests represent the most commonly used technique for predicting and evaluating pile capacity. As a result, a load versus displacement curve is obtained from a static load at the top of the element. When carried out in piles instrumented along the shaft, it is possible to evaluate the mobilization (transfer) of resistances (loads) along the depth and the loads. Alternatively, the use of bidirectional expansive cells, commonly referred to as "O-cell", has been growing internationally, which confirms its potential, based on advantages that include the absence of a reaction system and obtaining the toe resistance and lateral friction directly during loading. In order to contribute to a better understanding of the load transfer mechanisms involved in static loading tests, the present study compared the results of these two methodologies through three conventional and one bidirectional load tests carried out on two large diameter bored piles. The distribution of loadings measured as a function of the displacement in terms of total load and lateral friction over these four tests was characterized by similar results. Small differences were observed between conventional top-down and bidirectional tests performed on the same foundation member and are possibly associated with the different deformation levels obtained with the two techniques. Cleaning conditions and pile toe integrity in bored piles are associated with uncertainties even though the usual control and cleaning procedures have been performed. Divergences between the contributions of the pile toe resistance along the evaluated tests may be associated with these factors and small variations of the geometry. Deformations measured by the strain gages installed along the pile shaft allowed improving the understanding of the load transfer mechanisms during the loading procedures. The results indicate that shaft friction begins to be mobilized since the first load increments and continues to increase with the strains, which are not linear along the pile shaft. The behavior measured along the shaft is a function of vertical effective stress and relative density. The results also show that although there are active residual stresses, their magnitude does not reflect important changes in the behavior of bored piles.

Freqüentemente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento torna-se atrativa quando a melhora das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. Entretanto, ainda não existem metodologias de dosagem e projeto das misturas de solo-cimento baseadas em critérios racionais como existe, por exemplo, para o concreto, onde a relação água/cimento desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo quantificar a influência do teor de cimento, da porosidade e do teor de umidade de moldagem, sobre a resistência mecânica de um solo arenoso artificialmente cimentado e avaliar a adequação do uso das relações água/cimento e vazios/cimento na estimativa da sua resistência à compressão simples. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples, triaxiais não-drenados e medidas de sucção matricial. Os resultados mostram que a resistência à compressão simples cresceu linearmente com o aumento do teor de cimento e exponencialmente com a redução na porosidade da mistura compactada. Além disso, a variação do teor de umidade de moldagem afetou significativamente a resistência à compressão simples em misturas compactadas numa mesma massa específica aparente seca. Verificou-se que, para o solo-cimento no estado não-saturado (estado em que normalmente se encontram os aterros compactados), o fator água/cimento não é um bom parâmetro para estimativa da resistência à compressão simples. Ao contrário, a relação vazios/cimento, definida pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cimento, ajustado por um expoente, demonstrou ser o parâmetro mais adequado na estimativa da resistência à compressão simples do solo-cimento estudado. / Often, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-cement technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. However, there are no dosage methodologies based on a rational criteria as it exists in the case of the concrete technology, where the water/cement ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study aims to quantify the influence of the amount of cement, the porosity and the moisture content on the strength of a sandy soil artificially cemented, as well as to evaluate the use of a water/cement ratio and a voids/cement ratio to assess its unconfined compression strength. A number of unconfined compression tests, undrained triaxial tests and measures of matric suction were carried out. The results show that the unconfined compression strength increased linearly with the increase of the amount of cement and exponentially with the reduction in the porosity of the compacted mixture. Besides, the change in moisture content has remarkably affected the unconfined compression strength of mixtures compacted in a same dry density. It was verified that, for the soil-cement in the unsaturated state (state usually met by compacted fills), the water/cement ratio is not a good parameter for assessment of unconfined compression strength. In the other hand, the voids/cement ratio, defined by the reason between the porosity of the compacted mixture and the volumetric cement content, adjusted by an exponent, demonstrated to be the most appropriate parameter in the assessment of unconfined compression strenght of the studied soil-cement.

Engenheiros geotécnicos, defrontam-se frequentemente com solos de baixa capacidade de suporte. Para viabilizar projetos nestes materiais, pode-se utilizar fundações com grandes dimensões e/ou melhorar a propriedades mecânicas destes solos. Fundações de grandes dimensões podem ser extremamente onerosas e gerar impactos ambientais indesejáveis provocados por grandes movimentações de solo. Em contrapartida, o melhoramento das propriedades mecânicas do solo pode ser obtido por meio de tratamento com agentes cimentantes. Esta técnica tem-se mostrado bastante promissora nas diversas subáreas da geotecnia, como por exemplo, leito e subleito de pavimentação, estabilidade de taludes e terrenos para assentamento de fundações à compressão. A utilização desta técnica em fundações escavadas submetidas à tração ainda é incipiente. Até meados dos anos 1950, os métodos de previsão de desempenho consideravam somente o peso do solo contido em uma superfície ruptura somado ao peso da fundação, como contribuindo na capacidade de carga ao arrancamento. Estudos recentes passaram a incluir uma terceira parcela de resistência devido à resistência ao cisalhamento do solo. A partir de então diversos autores passaram a estudar técnicas de melhoramento e reforços dos reaterros. Num primeiro momento, foi estudada a influência das técnicas de compactação do reaterro e a substituição do material por outro com melhores propriedades. Atualmente, os estudos concentram-se no reforço dos reaterros com geossintéticos e adição de agentes cimentícios. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo avaliando os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga, de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea (proveniente da cidade de Osório/RS), cimentada, avaliando sua influência em termos das propriedades geométricas (diâmetro das fundações, profundidade de assentamento e diâmetro de tratamento) e geotécnicas (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade, influenciados pelo teor de cimento). Para tanto foram realizadas provas de carga à tração, variando-se o diâmetro (30 e 45 cm), profundidades de embutimentos (entre 0,5 e 2,0), e teores de cimento (0%, 3% e 7%). Através das provas de carga, verificou-se que o aumento do teor de cimento e da profundidade de assentamento aumentam a capacidade de carga à tração. Os resultados experimentais foram reproduzidos pelo método de elementos finitos por meio de retroanálise. A partir do modelo numérico gerado pela retroanálise, foram executadas duas análises paramétricas. Na primeira foram definidos os parâmetros significativos – coesão e embutimento – e determinada uma equação adimensional para determinação da carga máxima para tratamento de uma camada infinita. Na segunda análise foram definidos ábacos para determinação da perda de carga em função da redução do diâmetro de tratamento, para três níveis de cimentação – baixa, média e alta. / Geotechnical engineers frequently have to deal with soils that have reduced strength. In order to carry out the design of footings in such materials, their base has to be quite large and/or mechanical properties of the soils have to be improved. Shallow foundations of large dimensions can be extremely expensive and generate undesirable environmental impacts due to large soil movements. As an alternative, the improvement of mechanical properties of the local soil can be obtained by treating it with cementitious agents. Such technique has been used with success in several earthworks such as the improvement of base and sub-base of pavements, slope stability and particularly as a soil-cement mixture of a compacted layer over a low bearing capacity soil. The use of such technique in footings subjected to pullout forces is still insipient. Until middle 1950’s, pullout design methodologies of shallow foundations embedded in soil backfills considered only the weight of the soil contained inside a specific failure surface plus the foundation self-weight as the pullout failure load. Further studies included the shear strength of the soil at the failure surface. Since then several authors considered several techniques to improve and/or reinforce the backfills. At first the influence of backfill compaction and material substitution to improve soil properties were considered. Nowadays, studies concentrate in the reinforcement of backfills with geosynthetics and in the addition of cementitious agents. In such context, the main aim of present work is to carry out a research evaluating the benefits towards the improvement of uplift performance of footings embedded in cemented stabilized backfill, analyzing the influence of the geometrical characteristics of the problem (diameter of the footings, depth of embedment and size of the improved area) and geotechnical properties of the backfill (cohesion intercept, friction angle and Young’s modulus), the latter influenced by the amount of cementitious agents inserted on the soil. For doing so, several pullout tests were carried out varying foundation diameter (0.30 and 0.45 m), embedment depth according foundation diameter (ranging from 0.5 e 2.0) and cement contents (0%, 3% and 7%) in the stabilized backfill. Results of pullout tests have shown that the increase of cement content and embedment depth of the backfill increased uplift capacity. Field results were reproduced through a back-analysis using the finite element technique. In the sequence, two distinct parametrical analyses were also carried out. In the first analysis the parameters that show significance were cohesion intercept and embedment depth – a non-dimensional equation determining the failure pullout load (considering infinite horizontal improvement) was determined. In the second analysis distinct abacus were produced to allow considering reduction of horizontal treatment area for three cementation levels – low, medium e high.

objetivo principal do trabalho é determinar a capacidade última de tração (arrancamento) de uma fundação com solo tratado no topo a partir de uma modelagem numérica com o programa computacional Abaqus a partir dos ensaios feitos em solos tratados. Os modelos numéricos foram feitas a partir dos ensaios ao arrancamento em solos tratados por Ruver, 2011 e Girardello, 2014 para um aterro de areia (proveniente da cidade de Osório/RS) e areia com fibra (monofilamentos de polipropileno). Foi feito um modelo numérico inicial com as propriedades geotécnicas de ensaios feitos em laboratório e campo para depois fazer um ajuste do modelo com os ensaios ao arrancamento. Foi avaliado o modelo numérico de areia e areia-fibra para as tensões iniciais, deslocamentos inciais e a etapa geostatic porque não só é ter bons resultados nas figuras do ajuste, mas se ter um modelo numérico bem feito que apresente um comportamento próximo da realidade numericamente. Foram avaliados os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea, areia-fibra, avaliando sua influência geotécnica (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade) a partir de uma análise paramétrica. Foi feito um método de dimensionamento e estimativa da capacidade ao arrancamento para um aterro com areia e areia-fibra a partir das metodologias internacionais e os modelos numéricos. / The main objective of the work is to determine the ultimate traction (pullout) capacity of a foundation with treated soil at the top from a numerical modeling with the Abaqus computational program from the tests on treated soils. The numerical models were made from the pullout tests on soils treated by Ruver, 2011 and Girardello, 2014 for a sand dump (from the city of Osório / RS) and sand with fiber (polypropylene monofilaments). An initial numerical model was made with the geotechnical properties of laboratory and field tests to later calibrate the model with the pullout tests. It was evaluated the numerical model of sand and sand-fiber for the initial stresses, displacements and the geostatic step because not only is it to have good results in the figures of the calibration, but it is necessary to have a well-designed numerical model that presents behavior close to reality numerically. It was evaluated the benefits generated by the increase of the load capacity of excavated foundations and recovered with fine sand and homogeneous, sand-fiber, evaluating its geotechnical influence (cohesion, friction angle and modulus of elasticity) from a parametric analysis. A method of dimensioning and estimation of the pullout capacity for a backfill with sand and sand-fiber was done from the international methodologies and the numerical models.

Fundações profundas, quando solicitadas ao carregamento lateral, são regidas por três critérios de projeto: resistência última do solo, carga última do elemento estrutural e deflexão máxima. Esses critérios atuam em conjunto e é necessário que sejam analisados dessa forma, visto que a falha de um deles é capaz de acarretar o colapso de todo sistema. No que tange à resistência do solo, metodologias de capacidade de carga existentes traduzem o comportamento de solos granulares e coesivos. Dada a particularidade da atuação de solos residuais na mecânica dos solos, não há uma metodologia abrangente para estacas sujeitas a solicitação de carregamento lateral nesse tipo de solo, o qual apresenta comportamento intermediário e estrutura levemente cimentada. Em vista disso, o presente trabalho propõe um método de estimativa de capacidade de carga para estacas carregadas horizontalmente, quando inseridas em solo residual e em casos em que as mesmas apresentam topo locado em superfície de solo tratado. Dessa forma, dados de provas de carga lateral pré-existentes e ensaios de laboratório executados ao longo da pesquisa serviram como base para a proposição do método, fundamentado no comportamento do material quando solicitado ao carregamento lateral Ensaios de resistência à compressão simples, compressão oedométrica, compressão isotrópica e ensaios triaxiais com medidas de módulo cisalhante demonstram que há um ponto em que se dá a quebra da estrutura cimentada do solo, passando o mesmo a se apresentar num arranjo desestruturado, refletido em maiores deformações. Uma relação linear é capaz de equacionar a capacidade de carga, tanto para estacas inseridas em solo residual quanto para estacas executadas em solo com camada superficial melhorada. Essa relação é estabelecida entre a carga de ruptura das estacas ensaiadas e a área de solo adjacente à mesma, mobilizada pelo carregamento. Os resultados demonstram que a capacidade de carga das estacas estudadas é regida pela tensão de plastificação do material. O equacionamento proposto possibilita a obtenção da carga de ruptura com base em ensaios simples e de fácil execução, tal como o ensaio de resistência à compressão simples que estabelece relação direta com a tensão de plastificação do solo estudado. / Deep foundations, when requested to lateral loading, are governed by three design criteria: ultimate soil strength, piles’ ultimate load, and maximum deflection. These criteria act together and must be analyzed in this way, since the failure of one of them is capable of causing the collapse of the entire system. Regarding soil resistance, the current bearing capacity methodologies describe the behavior of granular and cohesive soils. Given the particular behavior of the residual soils in the soil mechanics, there is no comprehensive methodology for piles subject to lateral loads and inserted in this soil type, which presents an intermediate behavior and a lightly cemented structure. Thus, the present work proposes an estimated bearing capacity for crosswise loaded piles, when inserted in residual soil and in soil with the top layer cemented. So, data from preexisting lateral loading tests and laboratory tests, performed during the research, served as a basis for the proposition of the method, based on the behavior of the material when requested to lateral loading Unconfined compression tests, oedometer consolidation tests, isotropic compression, and triaxial tests with measures of shear modulus demonstrate that there is a point where the soil's cemented structure breaks down, presenting itself in a destructured arrangement, reflected by larger strains. A linear relationship is capable of equating the bearing capacity for both, piles inserted in residual soil and piles carried out in soil with improved surface layer. This relationship is established between the rupture load of the piles tested and the area of soil adjacent to it mobilized by the loading. The results shows that the piles' bearing capacity is governed by the yield stress of the material. The proposed equation makes it possible to obtain the rupture load based on simple and easy tests, such as the unconfined compression test that establishes a direct relationship with the yield stress of the studied soil.

A experiência acumulada quanto à análise do comportamento de fundações, em relação aos diversos perfis de solos, vem confirmando a necessidade de realizar ensaios em verdadeira grandeza para avaliação de desempenho desses elementos. Aplicação de metodologias empíricas e semi-empíricas, limitadas à prática construtiva regional e às condições específicas que contemplaram o seu estabelecimento, resultam em incertezas nos métodos de previsão e dispersão entre valores de capacidade de carga medidos e previstos. Com base nessas evidências, os ensaios de prova de carga representam a técnica mais comumente empregada para previsão e avaliação da capacidade de suporte em estacas. Como resultado, obtém-se uma curva carga versus deslocamento a partir de um carregamento estático no topo do elemento. Quando executadas em estacas instrumentadas ao longo do fuste, permitem avaliar a mobilização (transferência) de resistências (cargas) ao longo da profundidade e dos carregamentos. Alternativamente, o uso de células expansivas bidirecionais, comumente denominadas de “O-cell”, vem crescendo em nível internacional e confirmando seu potencial de aplicação, embasado por vantagens que incluem a ausência de um sistema de reação e a obtenção de forma direta da resistência de ponta e atrito lateral durante os carregamentos. No intuito de contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos de transferência de carga envolvidos em ensaios estáticos, o presente estudo comparou resultados dessas duas metodologias através de três de ensaios estáticos convencionais e um bidirecional realizados em duas estacas escavadas de grande diâmetro em areia. A distribuição dos carregamentos medidos em função do deslocamento em termos de carga total e de atrito lateral ao longo desses quatro ensaios caracterizou-se por resultados similares. Pequenas diferenças foram observadas entre o ensaio de topo e bidirecional executados em um mesmo elemento de fundação e estão possivelmente associadas aos diferentes níveis de deformação obtidos com as duas técnicas. As condições de limpeza e integridade da ponta em estacas moldadas in loco estão associadas a incertezas ainda que os procedimentos usuais de controle e limpeza tenham sido executados. Divergências entre a parcela de contribuição de ponta ao longo dos ensaios avaliados podem estar associadas a esses fatores e a pequenas variações da geometria descritas em detalhes no trabalho. Deformações medidas pelos strain gages instalados ao longo do fuste da estaca permitiram avançar no entendimento dos mecanismos de transferência de carga existentes durante os carregamentos impostos. Os resultados indicam que o atrito começa a ser mobilizado desde os primeiros incrementos de carga e permanece se desenvolvendo com o aumento das deformações que não são constantes ao longo da profundidade. O comportamento medido ao longo do fuste varia em função do nível de confinamento e ainda da densidade relativa do solo subjacente. Os resultados permitem concluir também que ainda que existam esforços residuais atuantes, sua ordem de grandeza não reflete mudanças importantes no comportamento de elementos de fundação moldados in loco. / The gained experience in foundations behavior analysis on different soil profiles confirms the need to perform tests on full-scale elements to evaluate pile performance. Application of empirical and semi-empirical methodologies, limited to the regional constructive practice and the specific conditions that led to its establishment, result in uncertainties in the prediction and dispersion methods between measured and predicted load capacity values. Based on these evidences, the load tests represent the most commonly used technique for predicting and evaluating pile capacity. As a result, a load versus displacement curve is obtained from a static load at the top of the element. When carried out in piles instrumented along the shaft, it is possible to evaluate the mobilization (transfer) of resistances (loads) along the depth and the loads. Alternatively, the use of bidirectional expansive cells, commonly referred to as "O-cell", has been growing internationally, which confirms its potential, based on advantages that include the absence of a reaction system and obtaining the toe resistance and lateral friction directly during loading. In order to contribute to a better understanding of the load transfer mechanisms involved in static loading tests, the present study compared the results of these two methodologies through three conventional and one bidirectional load tests carried out on two large diameter bored piles. The distribution of loadings measured as a function of the displacement in terms of total load and lateral friction over these four tests was characterized by similar results. Small differences were observed between conventional top-down and bidirectional tests performed on the same foundation member and are possibly associated with the different deformation levels obtained with the two techniques. Cleaning conditions and pile toe integrity in bored piles are associated with uncertainties even though the usual control and cleaning procedures have been performed. Divergences between the contributions of the pile toe resistance along the evaluated tests may be associated with these factors and small variations of the geometry. Deformations measured by the strain gages installed along the pile shaft allowed improving the understanding of the load transfer mechanisms during the loading procedures. The results indicate that shaft friction begins to be mobilized since the first load increments and continues to increase with the strains, which are not linear along the pile shaft. The behavior measured along the shaft is a function of vertical effective stress and relative density. The results also show that although there are active residual stresses, their magnitude does not reflect important changes in the behavior of bored piles.

O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.