Análise dos efeitos das tensões residuais em estacas escavadas : abordagem computacional

Abstract

Procedimentos tradicionais para a interpretação de resultados de provas de carga em estacas escavadas instrumentadas assumem como zero as deformações – e consequentes tensões mobilizadas – no instante imediatamente anterior ao início da prova de carga. Evidências experimentais mostram que o concreto em estacas escavadas sofre deformações volumétricas devidas ao processo de cura que, por sua vez, podem induzir a mobilização de atrito lateral na interface solo-estaca comparáveis em magnitude àquele mobilizado em provas de carga. Alguns autores realizaram análises experimentais e numéricas em vista de quantificar a influência destas deformações de cura na capacidade de carga medida usando diferentes abordagens. O presente trabalho busca estabelecer um quadro de referência para trabalhos existentes e futuros nesta área avaliando qualitativamente a influência das deformações de cura e suas consequências no atrito lateral mobilizado pré prova de carga (tensões residuais) e na capacidade de carga de estacas escavadas imersas em solo granular. Desta forma, foram realizadas análises considerando a retração na cura para a estaca de concreto, a estaca como material isótropo elástico linear e o solo como material elasto-plástico utilizando o modelo constitutivo não associado de Mohr-Coulomb, nativamente implementado no ABAQUS. Os resultados são interpretados com foco nos erros potenciais na capacidade de carga e na distribuição de carga ao longo da estaca para cenários considerando e desconsiderando o processo de cura para a estaca. Apesar da utilização de modelo não associado e de o processo de cura e deformações correspondentes modificar a distribuição de carga ao longo da estaca, os resultados obtidos das análises numéricas corroboram o teorema clássico da teoria da plasticidade que estipula que a capacidade de carga para modelos associados é independente do estado inicial e, portanto, independente da consideração ou desconsideração do processo de cura do concreto e deformações associadas em fase pré prova de carga. Por último, é realizada uma contextualização da interpretação de parâmetros de projeto comumente utilizados.

Traditional procedures for interpretation of load-tests results on instrumented bored piles assume as zero strain measures – and consequent mobilized stresses – at the instant immediately prior to the start of the load-test. Experimental evidences show that the concrete in bored piles undergoes volumetric strains due to the curing process that can induce some mobilization of shaft friction at the pile-soil interface comparable in magnitude to that mobilized in load-tests. Several authors have performed numerical and experimental analyses in order to quantify the influence of these curing strains in the measured bearing capacity using different approaches. The present work aims to establish a reference framework for existing and future work on this topic qualitatively evaluating the influence of the concrete curing strains and their consequences on the pre-load-test mobilized shaft friction (residual stresses) and on the bearing capacity of bored piles immersed in granular soil. Several finite element numerical analyses were performed considering the imposition of thermal, autogenous and drying concrete curing strains for the concrete pile, considering the pile as an isotropic linear-elastic material and the soil as an elastoplastic material using Mohr-Coulomb constitutive model, natively implemented in ABAQUS. The results are interpreted focusing on the potential errors in bearing capacity and load distribution along the pile for scenarios considering and not the concrete curing process for the pile In spite of modifying the load distribution along the pile, the results obtained from the numerical analyses corroborate the classic theorem of the theory of plasticity, which stipulates that the bearing capacity for associated models is independent of the initial state and, therefore, independent of the consideration or not of the concrete curing process, correspondent strains and consequent pre-load-test shaft friction mobilization in the soil. Finally, a contextualization about the interpretation of commonly used design parameters is presented.