Submitted by Biblioteca Central (biblioteca@unicap.br) on 2018-04-12T17:32:49Z No. of bitstreams: 2 luana_vilela_andrade_aguiar.pdf: 3071732 bytes, checksum: b431a6eb212ecd4bf6c1f895a3d92d17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T17:32:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 luana_vilela_andrade_aguiar.pdf: 3071732 bytes, checksum: b431a6eb212ecd4bf6c1f895a3d92d17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES# / #2075167498588264571# / #600 / Economically profitable lands with good geotechnical characteristics to receive loads resulting from the increase in the number of constructions that aggregate more people in a smaller area are increasingly difficult components to be found in large cities. Considering this scenery, the work evidences the importance of knowing better the solution of foundation in radier staked, as its repressions occur, in order to rationalize the choice of the designer. The settling of stacked radiers, obtained from the combination of different factors, such as: the thickness and the geometric form of radiers, the number and diameter of cuttings and soil modulus of elasticity were evaluated, conferring to the implantation of the foundation studied in soils sandy, fluffy, medium-sized and compact. For the simulation of the 288 combinations of the above mentioned factors, three-dimensional (3D) analyzes were used by finite elements, through the ELPLA computational program. From the results are obtained estimated values of average and the coefficient of variation according to the parameters assigned to the combination. The effects indicated that the higher the modulus of elasticity of the soil, the lower the values obtained from the settlements; that the thickness of the radier is the geometric factor that exerts greater influence in the variation in the beliefs of the differential pressures; the diameters of the cuttings play an irrelevant influence on the variation of the amount of repression; the inclusion of cuttings may not mean that there will be a decrease in differential or total balances. In this study, for square radiers with L / B = 1 the ideal quantity was 20 stakes and for square radiers with L / B = 2, the ideal quantity was 40 stakes, being therefore fundamental a previous study to determine the optimal amount of stakes for each thickness and radier size. / Terrenos economicamente rentáveis e com boas características geotécnicas, para receber cargas oriundas do aumento do número de construções que agregam uma maior quantidade de pessoas numa menor área, são componentes cada vez mais difíceis de serem encontrados nas grandes cidades. Considerando este cenário, o trabalho evidencia a importância de conhecer melhor a solução de fundação em radier estaqueado, como ocorrem seus recalques, de maneira a racionalizar a escolha do projetista. Analisou-se o recalque de radiers estaqueados, obtidos a partir da combinação de diferentes fatores, tais como: a espessura e a forma geométrica de radiers, quantidade e diâmetro de estacas e módulos de elasticidade do solo, conferindo à implantação da fundação estudada em solos arenosos do tipo fofo, medianamente compacto e compacto. Para simulação das 288 combinações dos fatores supracitados, utilizou-se de análises tridimensionais (3D) por elementos finitos, através do programa computacional ELPLA. Dos resultados são obtidos valores estimados de recalques médios e do coeficiente de variação em função dos parâmetros atribuídos à combinação. Os resultados apontaram quanto maior o módulo de elasticidade do solo, menores são os valores obtidos dos recalques; que a espessura do radier é o fator geométrico que exerce maior influência na variação nos valores dos recalques diferenciais; os diâmetros das estacas desempenham influência irrelevante na variação dos valores de recalque; a inclusão de estacas pode não representar que haverá diminuição dos recalques diferenciais ou totais. Neste estudo, para radiers quadrados com L/B=1 a quantidade ideal foi de 20 estacas e para radiers quadrados com L/B=2, a quantidade ideal foi de 40 estacas, sendo então fundamental um estudo prévio para determinação da quantidade ótima de estacas para cada espessura e dimensão do radier.

Este trabalho estuda as variáveis que influenciam as estimativas de recalques em aterros sobre solos moles com drenos verticais e pré-carregamento com vácuo. É realizada revisão bibliográfica em duas vertentes. Primeiro sobre as teorias de adensamento vertical, radial e com sobrecarga de sucção a vácuo, aplicadas no Estudo de Caso e necessárias para a estimativa dos recalques. Segunda sobre probabilidade e estatística aplicada à geotecnia, utilizada para contemplar a variabilidade e a incerteza dos parâmetros geotécnicos de forma científica. Na prática, a dificuldade interposta por custo e prazo para determinação dos parâmetros geotécnicos necessários para o desenvolvimento do projeto determinaram se a propriedade geotécnica buscada seria definida diretamente ou estimada por meio de propriedades índice, ambos os casos apresentando incertezas. Lambe (1973) discutiu a acurácia dos projetos geotécnicos e concluiu que somente com a compatibilidade entre dados e métodos é que se obtêm previsões geotécnicas acuradas. Análises de recalques são realizadas a partir dos dados do Estudo de Caso, de acordo com as questões práticas importantes: a magnitude dos recalques e o tempo necessário para o seu desenvolvimento. São interpretados ensaios de adensamento em laboratório do Estudo de Caso a respeito da sua qualidade, dos parâmetros geotécnicos medidos e da representatividade da amostra em relação ao solo aluvionar heterogêneo tratado. Dois métodos de cálculo da sobrecarga a vácuo são utilizados, a saber: constante com a profundidade, de uso corrente e mais simples; e decrescente com a profundidade, conforme teoria recente e mais sofisticada. Os parâmetros geotécnicos inferidos pelas sondagens e ensaios realizados são comparados com os parâmetros aferidos de melhor ajuste à instrumentação por meio de retroanálise paramétrica. Para melhor compreender a importância e influência das variáveis que afetam a acurácia das análises realizadas são utilizados métodos probabilísticos a partir das informações disponíveis. Por fim, os resultados obtidos em ambos os locais e com os métodos de previsão utilizados são confrontados quanto à acurácia obtida. / The present research studies the variables that influence settlement estimates in embankments on soft soil with vertical drains and vacuum preloading. The analysis of the existing literature on the topic is twofold. Firstly, it concerns the theories on vertical and radial consolidation, as well as consolidation under vacuum overload, applied in the Case Study and necessary for estimating settlements. Secondly, it regards probability and statistics applied to geotechnics, used to take into account the variability and uncertainty of geotechnical parameters in a scientific manner. In practice, the difficulty posed by costs and deadlines when defining the geotechnical parameters that are necessary for developing the project determined whether the geotechnical property sought would be either directly defined or estimated through index properties, with both scenarios presenting uncertainty. Lambe (1973) discussed the accuracy of geotechnical predictions and concluded that it is only possible to obtain accurate geotechnical forecasts when data and methods are compatible. Settlement analyses are performed based on data from the Case Study, according to important practical issues: settlement levels and the time that is necessary for its development. Consolidation laboratory tests concerning the Case Study are interpreted regarding their quality, the geotechnical parameters measured and sample representativeness in relation to the heterogeneous alluvial soil that has been treated. Two methods for calculating vacuum overload are used, namely, one that is constant with depth (simpler and more broadly used) and one that decreases with depth (following a more recent and more sophisticated theory). The geotechnical parameters inferred through borings and tests that have been carried out are compared with the parameters that best suit instrumentation through parametric back analysis. With a view to better understanding the importance and influence of the variables that affect the accuracy of the analyses performed, probabilistic methods are employed based on the information available. Finally, the results obtained in both sites and through the forecast methods used are compared in regard to the accuracy obtained.

Onshore wind turbine foundations are mainly subjected to large overturning moments. The wind action imposes cyclic and dynamic loading conditions which occur in extreme and service scenarios. Deep foundations, when used, transfer this large overturning moment through a pile group which combines the axial and lateral resistance of all piles. Several authors noticed that cyclic axially loaded piles could have their resistance reduced due to shaft friction degradation. Considerable efforts have been made to understand this degradation phenomenon. However, the design and performance of cyclic axial loaded piles require greater advances. Therefore, this research sought to assess the shaft friction degradation of axially loaded piles in wind turbine deep foundations, especially for those located in Brazil. Several issues related to the main objective of this study had to be addressed because onshore wind turbine foundations are an area of recent research, especially in Brazil. The first stage of this research explored the key aspects of onshore wind turbine foundations in Brazil and compared them with the worldwide status. The main reason to explore this subject is that several authors consider onshore wind turbine foundations a well-understood topic; however, limited data from actual situations have been published, especially in developing countries where wind energy projects have recently started. Thus, a survey on Brazilian energy companies and foundation designers was conducted, and the first Brazilian database of wind turbine foundations was created. This database contains data from more than three thousand Brazilian wind turbine foundations. The key aspects, types and dimensions of these foundations were summarized. Worldwide, concrete gravity foundations are the most commonly used foundation type for onshore wind turbines. In Brazil, 43.3% of the wind turbines had shallow foundations, essentially concrete gravity, and 56.7% had deep foundations, mostly continuous flight auger piles. The foundation type was chosen according to the local foundation expertise and geotechnical conditions, which included soil type, water table level, soil layer resistance, the extent of porous soil layers and bedrock depth. This first stage of the research identified that Brazilian wind turbine foundations are significantly different from other countries. Approximately 70% of Brazilian wind turbine deep foundations used continuous flight auger piles, most of them embedded in sandy soils. Therefore, experimental investigations of the sand-concrete interface response under monotonic and cyclic loading are essential. The second and third stages of this research sought to investigate the sand-concrete interface response based on this recent insight. The second stage assessed the sand-concrete interface response through monotonic interface direct shear tests under different confinement conditions. The role of surface structural characteristics, confinement condition, sand mean diameter, particle morphology, sand gradation and relative density were evaluated. A nonlinear conceptual model of the interfacial-to-internal friction angle ratio was proposed according to normalized roughness and normalized waviness. Additionally, multiple regression was used to estimate the sand-concrete interface strength by the effect of constant normal stiffness. The results were essential to understand and to predict the sand-concrete interface response of concrete piles under static axial loading. The third stage explored the shaft friction degradation of cyclic axial loaded piles through sand-concrete and sand-steel cyclic interface direct shear tests. In geotechnical engineering practice, field and experimental tests are usually performed to evaluate the number of cycles until failure occurs under constant cyclic amplitude. According to this approach, cyclic failure can either occur quickly or not at all. From a practical viewpoint, the cyclic test times are unpredictable, which makes these tests difficult to plan and to perform. Therefore, a new approach based on increasing cyclic amplitude is proposed to overcome the conventional method. A simple cumulative damage model established a relationship between the cyclic loaded tests under constant and increasing cyclic amplitudes. The new approach provides additional insights into the cyclic interfacial response, such as the effect of previous cycles, the cyclic amplitude at failure and the displacement development throughout cycling. This new approach can be effortlessly extended to other experimental and field investigations. From a practical viewpoint, this new approach can reduce the cost and duration of projects. The author believes that this dissertation brought breakthroughs to the wind energy companies and to the geotechnical engineering community. However, further studies on onshore wind turbine foundations are still required. / As fundações de torres eólicas onshore são submetidas a grandes momentos de tombamento. A ação do vento impõe carregamentos cíclicos e dinâmicos que ocorrem em condições operacionais e extremas. Fundações profundas, quando usadas, transferem esse momento de tombamento através de um grupo de estacas que, por sua vez, são submetidas a esforços axiais e laterais. Muitos estudos observaram que estacas submetidas ao carregamento cíclico axial estão sujeitas à degradação do atrito lateral. A fim de compreender essa degradação, diversas pesquisas foram realizadas. No entanto, o dimensionamento e desempenho de estacas submetidas ao carregamento cíclico axial requer maiores avanços. Dessa forma, esta pesquisa buscou avaliar a degradação do atrito lateral em estacas de torres eólicas, principalmente aquelas localizadas no Brasil. Da mesma forma, foram abordados assuntos relacionados ao objetivo principal deste estudo uma vez que pesquisas sobre fundações de torres eólicas onshore ainda são incipientes, especialmente no Brasil. A primeira etapa da pesquisa explorou as principais características das fundações de torres eólicas onshore no Brasil e comparou-as com a prática internacional. Investigou-se este assunto uma vez que diversos autores consideram as fundações de torres eólicas onshore um tópico já compreendido; entretanto, a quantidade de informações e dados publicados são ínfimos, especialmente em países em desenvolvimento onde os projetos eólicos iniciaram recentemente. Por essa razão, realizou-se uma pesquisa com as empresas e projetistas do setor a fim de criar o primeiro banco de dados brasileiro sobre fundações de torres eólicas onshore. Esse banco de dados possui mais de três mil fundações cadastradas. Os principais aspectos, tipos e dimensões dessas fundações foram apresentados. Internacionalmente, o tipo de fundação mais empregado para torres eólicas onshore são fundações superficiais de gravidade. No Brasil, 43.3% das torres eólicas apresentam fundações superficiais, essencialmente fundações de gravidade, e 56.7% das torres eólicas apresentam fundações profundas, principalmente por grupo de estacas hélice continua. O tipo da fundação foi determinado com base na expertise local e condições geotécnicas, incluindo o tipo de solo, nível de água, resistência do solo, espessura de camadas porosas e profundidade do topo rochoso. Identificou-se, através da primeira etapa, que as fundações de torres eólicas onshore no Brasil são significantemente diferentes de outros países. Aproximadamente 70% das fundações profundas são por grupo de estacas hélice contínua, sendo na maior parte em contato com solos arenosos. Desta forma, há necessidade de realizar investigações experimentais da interface areia-concreto. A segunda e terceira etapas desta pesquisa concentraram-se no comportamento estático e cíclico da interface areia-concreto. A segunda etapa avaliou o comportamento estático da interface areia-concreto através de ensaios de cisalhamento direto em diferentes condições de confinamento. Foram avaliadas as influências das características da superfície sólida, diâmetro médio dos grãos, morfologia dos grãos, distribuição granulométrica e densidade relativa. Um modelo não linear do ângulo de atrito na interface de acordo com a rugosidade e ondulação normalizadas foi proposto. Além disso, empregou-se uma regressão múltipla para estimar a resistência da interface areia-concreto de acordo com a constante de rigidez. Os resultados foram essenciais na compreensão e previsão do comportamento estático da interface de estacas de concreto. A terceira etapa explorou a degradação do atrito lateral em estacas através de ensaios de cisalhamento direto cíclicos na interface areia-concreto e areia-aço. Usualmente, campanhas experimentais são conduzidas para avaliar o número de ciclos até ruptura com uma amplitude cíclica constante. A ruptura geotécnica pode ocorrer rapidamente ou nunca ocorrer; e, desta maneira, a duração dos ensaios é imprevisível, dificultando planejamento e execução das obras. Por essa razão, uma nova abordagem foi proposta baseada em amplitudes cíclicas crescentes. Um modelo de dano acumulado estabeleceu a relação entre os ensaios com amplitude cíclica constante e cíclica. A nova abordagem fornece informações adicionais do comportamento cíclico da interface, como o efeito de ciclos anteriores, amplitude cíclica na ruptura e o acúmulo de deslocamento permanente. Essa nova abordagem pode ser facilmente aplicada em outras investigações experimentais e provas de cargas cíclicas. Do ponto de vista prática, essa abordagem pode reduzir o custo e tempo de projetos, além de melhorar a previsão do desempenho dessas fundações. Espera-se que essa pesquisa tenha trazido avanços para as empresas do setor e comunidade geotécnica. Contudo, novas pesquisas sobre fundações de torres eólicas onshore ainda são necessárias.

A análise e projeto de grandes estruturas de engenharia requerem, geralmente, a utilização de fundações profundas baseadas em estacas de aço ou concreto armado. Sendo o problema de natureza tridimensional pelas condições de contorno e a variação espacial das propriedades do solo, necessita-se de uma ferramenta computacional capaz de simular esse tipo de problema em situações de interesse, tais como carregamento sísmico ou quase-estático por consolidação. Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico tridimensional baseado no método dos elementos finitos sob pequenas deformações para a modelagem do problema de interação solo-estaca sob carregamento estático, quase-estático e dinâmico. Elementos finitos hexaédricos são utilizados para representar o meio poroso saturado e as estacas de concreto armado. Considera-se a interação parcial entre ambos meios, mediante a inclusão de elementos de interface capazes de simular separação e escorregamento. A não-linearidade física de todos os materiais envolvidos é considerada mediante a utilização da teoria de plasticidade, onde esquemas de integração explícita são utilizados. Um modelo constitutivo baseado na teoria de plasticidade generalizada é utilizado para simular o fenômeno de liquefação em areias. No caso da estaca de concreto armado, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas para representar o processo de fissuração, enquanto a armadura de reforço pode ser representada por uma camada distribuída equivalente ou por um modelo discreto incorporado. Exemplos numéricos são apresentados para validar a correta implementação do modelo numérico. / Deep foundations using steel or reinforced concrete piles are conmmonly used in large civil engineering structures. Due to the three-dimensional nature of the problem, its boundary conditions and spatial variability of soil properties, it is necessary to employ numerical models that must be able to simulate this problem under seismic loading as well as under quasi static consolidation processes. A three-dimensional numerical model based on the finite element method, for the static, quase-static and dynamic analysis of the soil-pile interaction problem under the small strain assumption is proposed in this work. For this purpose, coupled hexahedral finite elements are used to represent soil and concrete piles. Interface elements are used to simulate slip, bonding and opening processes at the soil-pile interface. Material nonlinear behaviour of the soil and concrete are considered by using the theory of plasticity, where explicit integration schemes are used. A suitable constitutive model based on the generalized theory of plasticity is employed to represent the liquefaction phenomena in sands under cyclic loading. For the concrete pile, a smeared approach is used to represent concrete cracking due to traction stresses, while both an equivalent smeared layer representation or a discrete unidimensional representation can be used for modeling the reinforcing steel. Numerical examples are presented in order to validate the implementation of the numerical model.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-22Bitstream added on 2014-06-13T20:13:39Z : No. of bitstreams: 1 wada_ph_me_ilha.pdf: 2307367 bytes, checksum: bf5261eeec1759347b37da533e408ffe (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A preocupação com o meio ambiente tem estimulado o interesse por pesquisas voltadas para o desenvolvimento sustentável. O presente trabalho objetivou estudar o reaproveitamento de resíduos de cerâmica vermelha (RCV) na composição de concreto, em substituição em massa ao agregado miúdo (areia), visando a sua utilização em estacas do tipo moldadas in loco. Foram confeccionados concretos com substituição de 20%, 40%, 60% e 80% de areia natural (em massa) pelo RCV. Realizaram-se ensaios de compressão simples e de módulo de elasticidade em todos os traços no estado endurecido e, no estado fresco, ensaios de incorporação de ar e de massa específica. Visando avaliar o seu comportamento em condições de campo, frente às ações de trabalho, foram confeccionadas três estacas de concreto com 40% de RCV, as quais foram submetidas à prova de carga por meio de ensaio rápido. Os resultados das provas de carga foram comparados com os de outros ensaios realizados no mesmo local, porém com estacas de concreto convencional. Concluiu-se que o reaproveitamento do RCV melhorou as características físicas e mecânicas do concreto e possibilitou a sua aplicação nas estacas em estudo. / Concern for the environment has stimulated interest in research for sustainable development. The present work aimed investigated the reuse of red ceramic waste (RCW) in the concrete composition, replacing in weight to fine aggregate (sand) and proposing his application in cast-in-place piles foundations. Were made compositions with 20%, 40%, 60% and 80% of sand by RCW replacement. Compressive strength tests and modulus of elasticity were performed for all compositions of hardened concrete. Testing of air entraining and density were also made in the concrete in its fresh state. In order to evaluate his behavior under field conditions, on work load situation, three foundation piles were made, which were submitted the quick load test. The piles were made with 20.0 cm diameter and 4.50 m length using concrete with 40% replacement. The results obtained were compared with others load test carried at the same place, however with conventional concrete piles. It was concluded that reuse of RCW improved the physical characteristics and mechanics of concrete and its possible application in the piles foundation in study.

Este trabalho tem por objetivo fazer um estudo da interação solo-estaca em ambientes submersos. Para as análises foram utilizadas as seguintes condições: dois tipos de estacas, concreto e mista (tubo metálico preenchido com concreto); quatro condições para o solo (arenoso, coesivo e dois solos estratificados); dois casos de carregamento (caso I com cargas vertical, horizontal e momento e caso II somente carga horizontal e momento). Os modelos de cálculo foram gerados no programa SAP2000, sendo a estaca modelada como elemento de barra e solo representado por molas linearmente elásticas espaçadas a cada metro, baseado no modelo de Winkler. Os coeficientes de mola (Ki) foram calculados por três métodos, Terzaghi, Bowles e com equações que correlacionam às propriedades elásticas do solo. Para o solo arenoso, o método escolhido para a aplicação nos modelos de cálculo foi o de Bowles, e para o solo coesivo a equação proposta por Vesic, que correlaciona os valores de Ki com as propriedades elásticas do solo. Os resultados dos modelos de cálculo do SAP2000 mostraram que: as estacas utilizadas nas análises apresentaram o comportamento de estacas flexíveis, no qual tem os seus deslocamentos ocasionados devidos a flexão; a região que mostra o comportamento relevante da estaca, para o solo arenoso e coesivo, está de acordo com as conclusões indicadas pelos pesquisadores Matlock & Reese (1960) e Davisson & Gill (1963); a atuação da carga vertical não exerce influência nos resultados referentes ao comportamento horizontal da estaca; a estaca mista, em função da maior rigidez a flexão (EI), transfere uma tensão menor para o solo que a estaca de concreto. Os resultados dos modelos de cálculo do SAP2000, para os máximos deslocamentos horizontais e momentos fletores, ficaram muito próximos do valores obtidos com o método de Navdocks DM-7 para o solo arenoso. Já para solo coesivo os resultados ficaram próximos dos valores obtidos pelo método clássico da equação diferencial. / This work aims to make a study of the soil-pile interaction in submerged environments. For the analysis we used the following conditions: two types of piles, concrete pile and composite pile (steel pipe filled with concrete), four conditions for the soil (sandy, cohesive and two stratified soil), two load cases (case I with vertical and horizontal loads and moment, case II with horizontal load and moment). The calculation models were generated in the software SAP2000. The pile was modeled as a bar element and the soil represented by linearly elastic springs spaced each meter, based on the model of Winkler. The spring coefficients (Ki) were calculated by three methods, Terzaghi, Bowles and equations that correlates to the elastic properties of the soil. For the sandy soil, the method chosen for applying the model calculations was the Bowles, and for the cohesive soil the equation proposed by Vesic, which correlates with Ki values of the elastic properties of the soil. The results of the model calculations (SAP2000) show that: the piles used in the analysis presented flexible behavior, which have their displacements caused due to bending, the region that shows the relevant behavior of the piles for the sandy and cohesive soil agrees with the conclusions stated by researchers Matlock & Reese (1960) and Davisson & Gill (1963), the performance of vertical load does not influence the results concerning the horizontal behavior of the pile; the composite pile, due to the higher stiffness bending (EI), transfers a lower stress to the soil than a concrete pile. The model calculations results of SAP2000 to the maximum horizontal displacement and bending moments were very close to the values obtained with the method of Navdocks DM-7 to the sandy soil. However, the results for the cohesive soil were close to the values obtained by the classical method of the differential equation.

A análise e projeto de grandes estruturas de engenharia requerem, geralmente, a utilização de fundações profundas baseadas em estacas de aço ou concreto armado. Sendo o problema de natureza tridimensional pelas condições de contorno e a variação espacial das propriedades do solo, necessita-se de uma ferramenta computacional capaz de simular esse tipo de problema em situações de interesse, tais como carregamento sísmico ou quase-estático por consolidação. Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico tridimensional baseado no método dos elementos finitos sob pequenas deformações para a modelagem do problema de interação solo-estaca sob carregamento estático, quase-estático e dinâmico. Elementos finitos hexaédricos são utilizados para representar o meio poroso saturado e as estacas de concreto armado. Considera-se a interação parcial entre ambos meios, mediante a inclusão de elementos de interface capazes de simular separação e escorregamento. A não-linearidade física de todos os materiais envolvidos é considerada mediante a utilização da teoria de plasticidade, onde esquemas de integração explícita são utilizados. Um modelo constitutivo baseado na teoria de plasticidade generalizada é utilizado para simular o fenômeno de liquefação em areias. No caso da estaca de concreto armado, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas para representar o processo de fissuração, enquanto a armadura de reforço pode ser representada por uma camada distribuída equivalente ou por um modelo discreto incorporado. Exemplos numéricos são apresentados para validar a correta implementação do modelo numérico. / Deep foundations using steel or reinforced concrete piles are conmmonly used in large civil engineering structures. Due to the three-dimensional nature of the problem, its boundary conditions and spatial variability of soil properties, it is necessary to employ numerical models that must be able to simulate this problem under seismic loading as well as under quasi static consolidation processes. A three-dimensional numerical model based on the finite element method, for the static, quase-static and dynamic analysis of the soil-pile interaction problem under the small strain assumption is proposed in this work. For this purpose, coupled hexahedral finite elements are used to represent soil and concrete piles. Interface elements are used to simulate slip, bonding and opening processes at the soil-pile interface. Material nonlinear behaviour of the soil and concrete are considered by using the theory of plasticity, where explicit integration schemes are used. A suitable constitutive model based on the generalized theory of plasticity is employed to represent the liquefaction phenomena in sands under cyclic loading. For the concrete pile, a smeared approach is used to represent concrete cracking due to traction stresses, while both an equivalent smeared layer representation or a discrete unidimensional representation can be used for modeling the reinforcing steel. Numerical examples are presented in order to validate the implementation of the numerical model.

Este trabalho estuda as variáveis que influenciam as estimativas de recalques em aterros sobre solos moles com drenos verticais e pré-carregamento com vácuo. É realizada revisão bibliográfica em duas vertentes. Primeiro sobre as teorias de adensamento vertical, radial e com sobrecarga de sucção a vácuo, aplicadas no Estudo de Caso e necessárias para a estimativa dos recalques. Segunda sobre probabilidade e estatística aplicada à geotecnia, utilizada para contemplar a variabilidade e a incerteza dos parâmetros geotécnicos de forma científica. Na prática, a dificuldade interposta por custo e prazo para determinação dos parâmetros geotécnicos necessários para o desenvolvimento do projeto determinaram se a propriedade geotécnica buscada seria definida diretamente ou estimada por meio de propriedades índice, ambos os casos apresentando incertezas. Lambe (1973) discutiu a acurácia dos projetos geotécnicos e concluiu que somente com a compatibilidade entre dados e métodos é que se obtêm previsões geotécnicas acuradas. Análises de recalques são realizadas a partir dos dados do Estudo de Caso, de acordo com as questões práticas importantes: a magnitude dos recalques e o tempo necessário para o seu desenvolvimento. São interpretados ensaios de adensamento em laboratório do Estudo de Caso a respeito da sua qualidade, dos parâmetros geotécnicos medidos e da representatividade da amostra em relação ao solo aluvionar heterogêneo tratado. Dois métodos de cálculo da sobrecarga a vácuo são utilizados, a saber: constante com a profundidade, de uso corrente e mais simples; e decrescente com a profundidade, conforme teoria recente e mais sofisticada. Os parâmetros geotécnicos inferidos pelas sondagens e ensaios realizados são comparados com os parâmetros aferidos de melhor ajuste à instrumentação por meio de retroanálise paramétrica. Para melhor compreender a importância e influência das variáveis que afetam a acurácia das análises realizadas são utilizados métodos probabilísticos a partir das informações disponíveis. Por fim, os resultados obtidos em ambos os locais e com os métodos de previsão utilizados são confrontados quanto à acurácia obtida. / The present research studies the variables that influence settlement estimates in embankments on soft soil with vertical drains and vacuum preloading. The analysis of the existing literature on the topic is twofold. Firstly, it concerns the theories on vertical and radial consolidation, as well as consolidation under vacuum overload, applied in the Case Study and necessary for estimating settlements. Secondly, it regards probability and statistics applied to geotechnics, used to take into account the variability and uncertainty of geotechnical parameters in a scientific manner. In practice, the difficulty posed by costs and deadlines when defining the geotechnical parameters that are necessary for developing the project determined whether the geotechnical property sought would be either directly defined or estimated through index properties, with both scenarios presenting uncertainty. Lambe (1973) discussed the accuracy of geotechnical predictions and concluded that it is only possible to obtain accurate geotechnical forecasts when data and methods are compatible. Settlement analyses are performed based on data from the Case Study, according to important practical issues: settlement levels and the time that is necessary for its development. Consolidation laboratory tests concerning the Case Study are interpreted regarding their quality, the geotechnical parameters measured and sample representativeness in relation to the heterogeneous alluvial soil that has been treated. Two methods for calculating vacuum overload are used, namely, one that is constant with depth (simpler and more broadly used) and one that decreases with depth (following a more recent and more sophisticated theory). The geotechnical parameters inferred through borings and tests that have been carried out are compared with the parameters that best suit instrumentation through parametric back analysis. With a view to better understanding the importance and influence of the variables that affect the accuracy of the analyses performed, probabilistic methods are employed based on the information available. Finally, the results obtained in both sites and through the forecast methods used are compared in regard to the accuracy obtained.

A análise e projeto de grandes estruturas de engenharia requerem, geralmente, a utilização de fundações profundas baseadas em estacas de aço ou concreto armado. Sendo o problema de natureza tridimensional pelas condições de contorno e a variação espacial das propriedades do solo, necessita-se de uma ferramenta computacional capaz de simular esse tipo de problema em situações de interesse, tais como carregamento sísmico ou quase-estático por consolidação. Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico tridimensional baseado no método dos elementos finitos sob pequenas deformações para a modelagem do problema de interação solo-estaca sob carregamento estático, quase-estático e dinâmico. Elementos finitos hexaédricos são utilizados para representar o meio poroso saturado e as estacas de concreto armado. Considera-se a interação parcial entre ambos meios, mediante a inclusão de elementos de interface capazes de simular separação e escorregamento. A não-linearidade física de todos os materiais envolvidos é considerada mediante a utilização da teoria de plasticidade, onde esquemas de integração explícita são utilizados. Um modelo constitutivo baseado na teoria de plasticidade generalizada é utilizado para simular o fenômeno de liquefação em areias. No caso da estaca de concreto armado, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas para representar o processo de fissuração, enquanto a armadura de reforço pode ser representada por uma camada distribuída equivalente ou por um modelo discreto incorporado. Exemplos numéricos são apresentados para validar a correta implementação do modelo numérico. / Deep foundations using steel or reinforced concrete piles are conmmonly used in large civil engineering structures. Due to the three-dimensional nature of the problem, its boundary conditions and spatial variability of soil properties, it is necessary to employ numerical models that must be able to simulate this problem under seismic loading as well as under quasi static consolidation processes. A three-dimensional numerical model based on the finite element method, for the static, quase-static and dynamic analysis of the soil-pile interaction problem under the small strain assumption is proposed in this work. For this purpose, coupled hexahedral finite elements are used to represent soil and concrete piles. Interface elements are used to simulate slip, bonding and opening processes at the soil-pile interface. Material nonlinear behaviour of the soil and concrete are considered by using the theory of plasticity, where explicit integration schemes are used. A suitable constitutive model based on the generalized theory of plasticity is employed to represent the liquefaction phenomena in sands under cyclic loading. For the concrete pile, a smeared approach is used to represent concrete cracking due to traction stresses, while both an equivalent smeared layer representation or a discrete unidimensional representation can be used for modeling the reinforcing steel. Numerical examples are presented in order to validate the implementation of the numerical model.

Orientador: Paulo Jose Rocha de Albuquerque / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T00:23:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_JeanRodrigo_M.pdf: 20549074 bytes, checksum: f2026225c4a01801d604ae04aad3497a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta pesquisa analisa-se o comportamento da curva carga vs recalque de estaca isolada carregada à compressão, através do emprego de métodos de previsão. Foram ensaiadas duas estacas raiz, uma com 23m de comprimento e 31cm de diâmetro, e outra com 12m de comprimento e 41cm de diâmetro, no intuito de atribuir o comportamento da interação solo-estaca, a um ou outro fator característico do elemento de fundação. Para isso, foram realizadas provas de carga do tipo lenta. O subsolo local é composto por solo proveniente de diabásio, constituído basicamente de duas camadas, a primeira de argila silto-arenosa (O a 6,5m de profundidade) e a segunda de silte argilo-arenoso (6,5-23m de profundidade), ambas as camadas são predominantes da região de Campinas (SP) e de grande parte das regiões sul e sudeste do Brasil. A prova de carga foi instrumentada de maneira a se obter os dados do mecanismo de transferência de carga e de deslocamento em profundidade. Dessa forma, obteve-se o valor da carga de ruptura, bem como, da respectiva carga admissível (Qadm),através da completa solicitação por atrito lateral e por resistência de ponta, apresentados pela interação do sistema solo-estaca, ou convencionando-se uma ruptura em função de um recalque limite ou ainda de critérios de ruptura fisica, como o método da rigidez (Décourt), Chin e outros. De maneira geral, analisa-se, de maneira critica, os métodos de previsão de recalque e de curva carga vs recalque, comparando os resultados reais com os previstos, através dos métodos teóricos e empíricos para o recalque do elemento fundação quando submetido à carga admissível estimada (Qadm)e para a curva carga vs recalque. Dessa forma, pretende-se chegar a algum entendimento sobre a interação solo-estrutura e seu modelo de transferência de carga para o solo / Abstract: In this research, the behavior of the curve load versus settlement ofloaded isolated pile to the compression is analyzed, through forecast methods. Two root piles had been assayed, one with 23m oflength and 31 cm of diameter, and the other with length of 12 m and 41 cm of diameter, in order to attribute the behavior of the interaction ground-pile to one or another characteristic factor of the foundation elemento For this, load tests of the slow type had been carrried out. The local subsoil is composed of ground of diabásio, consisting basically of two layers: the first one of silt-sandy clay (6,5m - 23m of depth) and second silt clay-sandy (6,5 - 23m of depth), both layers are predominant in the region ofCampinas (SP) and in a great part ofthe southem and southeastem regions ofBrazil. The load test was instrumented to get the data of the mechanism of transference of load and displacement in depth. Thus, the value of the rupture load was obtained, as well as the respective permissible load (Qadm),through the complete request for lateral attrition and tip resistance, presented by the interaction of the ground-pile system or stipulating a rupture related to a stress limit or still of criteria of physical rupture, as the method of the rigidity (Décourt), Chin and others. In general, the methods of forecast of settlement and curve load versus stresses are analysed in a critical way, by comparing the real results with the foreseen ones, through theoretical by empirical methods for the settlement of the foundation element when. submitted to the esteemed permissible load (Qadm) and for the curve load versus settlement. Therefore, there is the intention to come to an agreement about the groundstructure interaction and its model of load transference to the ground / Mestrado / Geotecnia / Mestre em Engenharia Civil