Análise experimental do comportamento de estacas carregadas lateralmente em um solo residual

Abstract

O dimensionamento de fundações almeja caminhar para análises em termos de Estado Limite de Serviço, ou seja, prevendo o comportamento dos deslocamentos. De acordo com a ASTM D3966 (2013), ensaios de campo apresentam a mais confiável relação entre carregamento lateral aplicado à uma estaca, e o movimento lateral resultante. Assim, é objetivado a derivação do mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo, permitindo assim compreender-se como ocorre a reação do solo nesta situação de interação entre solo e estrutura. Para tal, foi realizado uma campanha de ensaios de carregamento lateral em estacas metálicas, onde previu-se variações de diâmetro (150-300 mm), comprimento (2-4 m) e forma da seção transversal. O efeito de forma da seção transversal da estaca foi estudado através da variação entre forma circular, perfil H e quadrada, todas com mesma dimensão nominal e mesma rigidez. Todas as estacas foram instrumentadas com 10 pares de extensômetros, os quais permitiram a leitura de deformações flexurais, através das quais pôde-se derivar dos resultados dos ensaios a distribuição da resistência lateral ao longo do comprimento da estaca, permitindo assim, estabelecer-se de forma confiável, relações de transferência de carga para um dado conjunto de estaca-solo. Com os resultados dos ensaios, derivou-se curvas p-y para cada ensaio. Os resultados em termos do efeito de forma da seção transversal mostraram um comportamento superior para a estaca de seção circular entre as formas estudadas, sendo que para um deslocamento de topo de ≈25 mm, conseguiu-se mobilizar cargas 13% e 23% superiores as estacas de seção perfil H e quadrada respectivamente. Através das curvas p-y derivadas para as estacas de seção circular, realizou-se previsões do comportamento de estacas escavadas previamente ensaiadas no mesmo campo experimental. Os resultados das previsões mostraram variações menores que 15% em relação ao medido. Propõe-se assim, que a execução prévia de um ensaio de carregamento lateral em uma estaca de pequeno porte instrumentada, seja realizada com maior frequência e encarada como etapa de investigação de solo.

Foundation design aims to develop analysis of serviceability limit state, whereas displacement behavior is predicted. According to ASTM D3966 (2013), field load tests present the most reliable relation between loading applied to a pile and its lateral movement. Therefore, it is the object of the research, the derivation of the load transfer mechanism of the pile-soil system, allowing to understand how the soil reaction develops in this soil-structure interaction problem. A field lateral loading campaign was developed, using steel piles with variation on its diameter (150-300 mm), length (2-4m) and shape of the cross-section. The shape effect of the cross-section was studied through variations of circular, H profile, and square shapes, using the same nominal dimension and same stiffness. Every pile was instrumented with 10 pairs of strain gauges, which have allowed the reading of flexural strains, throughout enabled the derivation of the soil lateral reaction along the length of the pile, and in a reliable way, to establish the load transfer mechanism of the pile-soil system. Based on the test results, p-y curves were derived for each test. Cross-section shape effect results have shown a superior behavior for circular cross-section, whereas for a top displacement of ≈25 mm, it was possible to mobilize 13% and 23% more loading in comparison to H profile and square section respectively. Using the derived p-y curves, predictions of previously tested bored piles, executed in the same site, were developed. Results have shown variations smaller than 15% between measured and calculated. Finally, it is proposed that the execution of a small-scale instrumented pile, to be used more frequently and being considered as soil investigation stage.