Comportamento de um solo residual levemente cimentado : estimativa de capacidade de carga para estacas submetidas a esforços transversais

Abstract

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.