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.

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.

Neste trabalho é apresentada uma formulação híbrida do Método dos Elementos de Contorno/Método dos Elementos finitos à análise da interação placa-estaca-solo. Nesta formulação a placa é modelada pelo método dos elementos finitos, utilizando os elementos DKT (Discrete Kirchhoff Theory) e HSM (Hybrid Stress Model); e o solo é modelado pelo método dos elementos de contorno como um meio elástico semi-infinito. A estaca é representada por apenas um elemento, com 3 pontos nodais definidos ao longo de seu fuste e a tensão de cisalhamento ao longo da mesma é aproximada por um polinômio do segundo grau. A tensão normal à seção da extremidade inferior da estaca é suposta constante e um ponto nodal é definido no centro desta seção. A interface placa-solo é dividida em elementos de contorno triangulares coincidentes com a divisão dos elementos finitos da placa; e admite-se que a tensão de contato varie linearmente no domínio de cada elemento. As tensões de contato são eliminadas nos dois sistemas de equações, provenientes do MEF e do MEC, para obter o sistema final de equações governantes do problema. Após a resolução deste sistema são obtidos os deslocamentos nos nós e a partir deles são calculadas as tensões de contato placa-solo e a carga absorvida por cada estaca. Além disso, esta formulação também permite a análise de blocos de estacas com ou sem contato entre o bloco e o solo. Vários exemplos envolvendo a interação placa-solo, estaca-solo e placa-estaca-solo foram analisados e os resultados obtidos estão de acordo com os fornecidos por outras formulações. / This work presents a hybrid Finite Element/Boundary Element formulation for the analysis of plate-pile-soil interactions problems. In this formulation the plate is modeled by finite elements using DKT (Discrete Kirchhoff Theory) and HSM (Hybrid Stress Model) elements and the soil is modeled as an elastic half space by the boundary element method. The pile is represented by only one element, with 3 nodal points, and shear force along the pile is approximated by a second degree polynomial. The pile-tip stress is assumed to be constant over the cross-section and a further nodal point is located there. The interface plate-soil is divided in a triangular boundary elements mesh coincident with that used in the finite element of the plate and the subgrade traction is assumed to vary linearly across each element. The subgrade tractions are eliminated from the two system of equation obtained with FEM and BEM resulting in the governing system of equation for plate-pile-soil interactions problems. By solving this set of equations the nodal displacements, the load on the piles and the subgrade tractions are calculated. Besides, this formulation allows also analysis several piles groups with and without ground-contacting rigid and flexible caps. Numerical results are presented for plate-soil, pile-soil and plate-pile-soil interactions. In all the results agree closely with those from much more elaborate analysis.

Para uma análise mais exata do sistema estrutural, é necessário um estudo do comportamento interativo entre as diversas partes que o compõe, entre eles, destaca-se a interação entre os elementos de fundação e o maciço de solos. Neste trabalho foram desenvolvidas formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo via acoplamento entre diferentes métodos numéricos: método dos elementos de contorno, método dos elementos finitos e método das diferenças finitas. As estacas podem estar submetidas a carregamentos horizontais, verticais e momentos aplicados em seu topo. Nestas formulações foram utilizadas, além das equações integrais de deslocamentos, as equações de suas derivadas, levando a um grau maior de singularidade, porém permitindo a adoção de aproximações mais refinadas para os deslocamentos e tensões ao longo da estaca. Todos os deslocamentos e suas derivadas referentes à estaca foram compatibilizados com os correspondentes do solo. Desenvolvidas as formulações, feito o devido acoplamento entre eles, foram analisados exemplos, que foram comparados com os resultados obtidos por outros pesquisadores, demonstrando sua validade. / For a more accurate analysis of the structural system, it is necessary to study the interactive behavior between the various parts that compose it, among them, there is the interaction between the foundation elements and massive soil. In this work, numerical formulations were developed for the analysis of pile-soil interaction by coupling between different numerical methods: the boundary element method, finite element method and finite difference method. Piles can be subjected to horizontal loads, vertical and moments applied on its top. In these formulations were used in addition to the displacement integral equations, the equations of their derivatives, leading to a higher degree of uniqueness but allowing the adoption of more sophisticated approaches to displacements and contact tractions along the pile. All displacements and their derivatives relating to the pile were matched with the corresponding soil. Developed formulations made due coupling between them were analyzed examples, which were compared with results obtained by other authors, demonstrating its validity.

A racionalização e a industrialização da construção civil têm promovido o sistema construtivo baseado em elementos de concretos pré-moldados. O comportamento das ligações entre os elementos pré-moldados constitui uma das principais preocupações dos projetistas, sendo as ligações entre a superestrutura e as fundações determinantes na estabilidade e na distribuição de esforços solicitantes da estrutura. O comportamento de blocos sobre estacas com ligações para pilares pré-moldados possui particularidades em razão do diferente mecanismo de transferência de forças do pilar para o bloco mediante a ligação. Neste trabalho é estudado o comportamento de blocos de fundação apoiados sobre quatro estacas com cálice totalmente embutido para ligação com pilar pré-moldado. O estudo baseou-se em análise numérica não-linear de modelos tridimensionais considerando a fissuração do concreto, a presença de armadura e a interface de ligação. O comportamento de blocos com pilares submetidos à força vertical centrada e excêntrica foi descrito em termos de força última, panorama de fissuração, fluxo de tensões principais e tensões nas armaduras do bloco. Os resultados indicam a ocorrência de transferência de esforços do pilar para a fundação a partir das paredes do cálice de interface lisa, entretanto com intensidade insuficiente para a formação de bielas de compressão, e o risco da ocorrência de punção em blocos onde os pilares são ligados por cálices de paredes lisas. / The rationalization and the industrialization of the civil constructions have stimulated the construction process based on precast elements. One of the main designer\'s worries is about the behavior of the joints between precast elements, and the joints between superstructure and the foundations which are determinant in the construction stability and behavior of elements. In reason of the mechanism of transference of the forces from column to pile-cap by socket connections, the behavior of pile-caps with joints for precast columns has some specificity. The behavior of four-pile caps with embedded socket for precast columns joints is studied in this research. The study is based in nonlinear numerical analysis of three dimensional models considering the cracking in concrete, the reinforcement and the joint interface. The behavior of pile caps under centered and eccentric vertical force is described by ultimate force, cracking patterns, principal stresses flow and reinforcements strains. The results suggests that occurs the transfer of forces from column to the pile cap in the socket walls with smooth interface, however the intensity is not enough to form the struts, and the risk of development of punching shear in pile caps which columns are connected by smooth interface socket walls.

Esta pesquisa estuda o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas com cálice totalmente embutido, utilizado na ligação pilar-fundação de estruturas de concreto pré-moldado. Particularmente, foi avaliado o efeito que a viga de travamento provoca no bloco quando apoiada nas paredes laterais do cálice. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos (MEF), na qual foi considerada a não-linearidade física dos materiais. Para avaliação do programa adotado, realizou-se análise comparativa de resultados experimentais e numéricos obtidos por meio de outro programa. Nos blocos estudados variou-se a espessura e o tipo de conformação das paredes do cálice, o ângulo de inclinação da biela e a intensidade das ações na viga de travamento. Os resultados indicam que a presença da viga de travamento não altera de modo significativo o comportamento do bloco, e que a parede do cálice é capaz de transferir a força proveniente da viga em direção às estacas de modo eficaz. Por meio das tensões nas barras da armadura principal, foi possível obter a força no tirante e o ângulo de inclinação da biela antes da ruína dos modelos. Constatou-se que os ângulos apresentaram maior inclinação do que as utilizadas no dimensionamento, que por sua vez foi feito baseado nos modelos de bielas e tirantes. / The present research studies the behavior of two pile caps reinforced concrete with embedded socked used in connections of pre-cast concrete structures. It was particularly evaluated the effect provoked by the locking beam on the pile-caps when supported by the socket lateral walls. Three-dimensional numerical analyses using software based on finite element method (FEM) were developed considering the nonlinear physical behavior of the material. To evaluate the adopted software, a comparative analysis was made using numerical and experimental results obtained from other software. In the pile caps studied, it was noticed a variation in the wall thickness, socket interface, strut angle inclination and action on beam. The results show that the presence of beam does not change significantly the pile caps behavior and that the socket wall is able to transfer effectively the force from the beam to the pile caps. By the tensions on the bars of longitudinal reinforcement, it was possible to obtain the force on the tie and the strut angle inclination before the collapse of models. It was found that the angles present more inclinations than those used in the design, which was made based on strut and tie model.

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.

Esta pesquisa estuda o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas utilizado na ligação pilar-fundação de estruturas de concreto pré-moldado, submetida a ação de força centrada. Nessa situação, a ligação pilar-fundação pode ocorrer por meio do cálice de fundação, que por sua vez pode estar embutido, parcialmente embutido com parte do colarinho saliente, ou externo com o colarinho saliente em relação ao bloco de fundação. Apresenta-se nesta pesquisa o estudo experimental e numérico de blocos de fundação sobre duas estacas com cálice externo, parcialmente embutido e embutido, submetidos à ação centrada utilizando modelos em escala reduzida 1:2. Nos modelos analisados, considerou-se a conformação das paredes do cálice e do pilar com e sem rugosidade. Os resultados são comparados a dois blocos de referência, os quais apresentaram ligação monolítica entre o pilar e o bloco. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos (MEF), na qual foi considerada a não-linearidade física dos materiais. Observa-se que os blocos da série com rugosidade apresentaram maior rigidez e maior força última comparados aos blocos da série sem rugosidade. A armadura adicional utilizada nos modelos sem interface rugosa conferiu aumento na resistência dos modelos na ordem de 15%, o que não ocorreu nos modelos com rugosidade. Particularmente, no caso de blocos com cálice embutido e sem rugosidade, observou-se comportamento de bloco flexível, diferente dos demais modelos. / The present research studies the behavior of two pile caps reinforced concrete used in column-foundation connection of precast concrete structures, submitted to centered load. This situation allows that pile-foundation connection can occur by socket, which can be embedded, partially embedded or external, with socket walls over the pile caps. The research presents an experimental and numerical study of two pile caps reinforced concrete with external, partially embedded and embedded socket, submitted to centered load, using 1:2 scaled models. These models present the socket walls with rough and smooth interface. The results are compared with two reference models, which present a monolithic connection between pile caps and column. Three-dimensional numerical analyses using software based on finite element method (FEM) were developed considering the nonlinear physical behavior of the material. It was observed that pile caps with rough interface present stiffness and ultimate load greater than pile caps with smooth interface. Additional reinforcement using on models with smooth interface add a 15% resistance on models, but this effect did was not observed on the model with rough interface. Particularly, models with smooth interface and embedded socket present a flexible pile caps behavior.

A norma Brasileira NBR 6122/1996 - Projeto e Execução de Fundações utiliza o conceito de coeficiente de segurança global e parcial na verificação da segurança de fundações. Esta dissertação ressalta que essa verificação, utilizada na prática, é necessária, para que se atenda às exigências da norma, porém, não é suficiente para garantir a segurança de uma fundação. Pois, qualquer medida de segurança deve estar associada a uma determinada probabilidade de ruína. Neste contexto, apresenta-se nessa dissertação uma metodologia de verificação da segurança na qual, a escolha da carga admissível de um estaqueamento é baseada na probabilidade de ruína de um elemento isolado de fundação e, a aplicação dessa metodologia em diversas fundações executadas em diferentes regiões do país. / The Brazilian code NBR 6122/1996 for Foundation Design and Execution is based on the concept of Limit States Design (LSD) and on the traditional Working Stress Design (WSD). This paper shows that this approach, as usually carry out in the foundation engineering practice, although being necessary, is not enough to assure a safe foundation, once any safety measurement should be associated to a given probability of failure. Therefore, in the proposed methodology, the safety verification of the piling allowable load is based on the probability of failure of an isolated foundation element.

Apesar dos elevados teores de matéria orgânica nos resíduos domiciliares e da implantação da compostagem para os resíduos sólidos orgânicos ser prevista pela Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei n° 12.305/10), a adoção da prática como forma de tratamento ainda apresenta ações incipientes no país. Este trabalho teve como proposta a coleta seletiva da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) produzida em 19 estabelecimentos comerciais de São Carlos para a realização da compostagem e vermicompostagem. A primeira etapa do trabalho consistiu na verificação da adaptação dos proprietários dos estabelecimentos em relação ao sistema de segregação proposto e na avaliação da percepção dos mesmos em relação à separação dos resíduos orgânicos e da compostagem, sendo esta análise realizada através da aplicação de questionários. Na segunda etapa, foi realizada a compostagem em quatro leiras cilíndricas de alambrado de 1,2 m de diâmetro e 1 m de altura. Testou-se os seguintes tratamentos em cada leira: trituração e revolvimento, não trituração e revolvimento, não trituração e não revolvimento (controle) e não trituração e não revolvimento com tubos de PVC. Verificou-se, através do monitoramento dos parâmetros físicos, químicos e microbiológicos e de análises estatísticas, as diferenças e similaridades entre os tratamentos. A terceira etapa iniciou-se após a estabilização dos compostos. Foram inoculadas 500 minhocas da espécie Eisenia foetida em uma quantia entre 20-25 kg de composto retirado das leiras revolvidas e os mesmos parâmetros da etapa anterior foram monitorados na vermicompostagem. Os resultados encontrados na etapa 1 indicaram que: os estabelecimentos realizaram a correta segregação dos resíduos, mostrando-se bem adaptados; quase a metade dos entrevistados desconheciam a técnica de compostagem; e, embora a maioria realizasse a separação da FORSU, a mesma era coletada de forma não diferenciada e encaminhada diretamente ao aterro. Na etapa 2, constatou-se que: o revolvimento influenciou na manutenção da temperatura termofílica por períodos mais prolongados, na correção da umidade, nos valores de pH , nitrogênio, relação C/N, CRA, metais, macro e micro nutrientes e granulometria; em relação à trituração, com exceção da granulometria, os demais parâmetros monitorados foram similares a leira não triturada, demostrando pouca influência de sua adoção no processo de compostagem; na leira composta por tubos de PVC, os registros de temperatura foram menores que as demais, de forma que o dispositivo ocasionou um resfriamento excessivo. Concluiu-se que somente a etapa 2 foi suficiente para o atingimento dos limites legais estabelecidos para os fertilizantes orgânicos, sendo os benefícios da adoção da vermicompostagem na etapa 3 relacionados aos incrementos das propriedades agronômicas de fertilidade de solo. / Despite the presence of high levels of organic matter in household wastes and the implementation of composting for organic wastes provided by the National Policy on Solid Waste (Law No. 12,305/10), the composting practice as a treatment is still incipient in Brazil. This study aimed at the selective collection of the organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW) produced in 19 establishments in São Carlos city for use in composting and vermicomposting techniques. The first stage of the study consisted in an investigation on the adaptation to the segregation system proposed and evaluation of the owners\' perceptions regarding the separation of organic waste and composting through questionnaires. The second stage was devoted to the composting. The collected waste was deposited onto four cylindrical piles of 1.2 m diameter and 1 m height. The treatments evaluated in each pile were trituration and turning, no trituration and turning, no trituration and no turning (control), and no trituration and no turning of PVC pipes. The monitoring and statistical analysis of the physical, chemical and microbiological parameters revealed differences and similarities in each treatment. The third stage started after the stabilization of the compost. Five hundred earthworms of Eisenia foetida specie were inoculated in 20-25 kg of compost taken from two piles and the same parameters of the previous step were monitored. In step 2, the turning influenced the maintenance of the thermophilic stage for longer periods, humidity correction, values of pH, nitrogen, C/N relation, WRC, metals, micro and macronutrient and particle size. Except for the particle size, trituration exerted little influence on the parameters. The lowest temperatures were recorded in a pile composed of PVC pipes. It can be concluded that only the second step was sufficient for the achievement of legal limits for organic fertilizers and the benefits of vermicomposting as a post treatment technique (step 3) are related to the increase in the agronomic properties of soil fertility.