Comportamento em campo de estacas metálicas submetidas a carregamento lateral cíclico em solo coesivo-friccional

Abstract

O efeito cíclico em estacas carregadas lateralmente e comportamento de solos coesivos-friccionais, são ambos temas de poucos estudos na Geotecnia clássica. Dado a inexistência de modelos consagrados para reproduzir o comportamento de solos coesivos-friccionais, são utilizados modelos para outros tipos de solo buscando uma simplificação do problema, o que resulta em dimensionamentos conservadores. Com o intuito de minimizar esta lacuna de informação, foram realizados 6 ensaios de carga lateral cíclica em estacas metálicas cravadas em solo coesivo-friccional. Todas as estacas, com comprimento de 2 m e seção transversal de 0,15 m, foram instrumentadas por extensômetros em 10 níveis e monitoradas durante o ensaio. Para avaliar o efeito de forma, foram adotadas 2 estacas circulares, 2 estacas quadradas e 2 estacas perfil H, todas com momento de inércia similar. Os ensaios tiveram deslocamento controlado em 2 níveis, 10 e 25 mm. O comportamento frente ao carregamento cíclico apresentou uma degradação média da resistência de 48% ao final dos ensaios, englobando as diferentes formas e deslocamentos. O efeito de forma se mostrou presente não só na resistência, como na degradação da resistência, a seção quadrada apresentou melhor desempenho seguido do perfil H e o pior desempenho foi da seção transversal circular, com maior degradação. O efeito da magnitude dos deslocamentos se mostrou uma variável da degradação da resistência, para deslocamento de 10 mm houve uma maior degradação, quando comparado com deslocamentos de 25 mm. A partir da instrumentação das estacas foi traçado o diagrama de momento fletor, sendo possível observar uma diminuição do momento ao longo dos ciclos, no entanto o momento fletor máximo mantem-se sempre na mesma profundidade durante todo o ensaio. Por fim, ao dimensionar uma fundação é necessário atentar não só ao tipo de solo e tipologia de estaca, mas também a origem do carregamento, a forma da seção transversal e a rigidez da estaca, que juntos governam o mecanismo de ruptura e resistência, os quais são atrelados ao nível de deslocamento aceitável pela estrutura para um limite de serviço.

The effect of crosswise cyclic loaded steel pile tests on cohesive-frictional soil site is not well studied by the classical Geotechnics. Given the lack of established models to reproduce the behaviour of cohesive-frictional soils, models are used for other types of soil seeking a simplification of the problem, which results in conservative design. In order to minimize this information gap, 6 tests of cyclical lateral loading tests were performed on steel piles embedded in cohesive-frictional soil. All piles, with a length of 2.0 m and a cross-section of 0.15 m, were instrumented by strain gauges at 10 levels and monitored during the test. To evaluate the cross section shape effect, two circular, two square and two H profile cross-sections were studied, all with similar inertia moment. The tests had controlled top displacements at 2 levels, 10 mm and 25 mm. The effect of cyclic loading was a mean degradation of the resistance of 48% at the end of the tests, encompassing the different cross section shapes and displacements. The cross section shape effect was shown not only in the pile resistance, but also in the degradation of the pile resistance, the square section presented better performance followed by the H profile and the worse was the circular one, with greater degradation. The effect of the magnitude of the displacements demonstrates to be a variable of the degradation of the resistance. For displacements of 10 mm there was a greater degradation, when compared with displacements of 25 mm. From the piles instrumentation, the bending moments diagram were drawn, and it was possible to observe a decrease of the bending moments along the cycles under controlled displacements. However, the maximum bending moment always remains at the same depth throughout the test. Finally, when designing a foundation, it is necessary to consider not only the type of soil and typology of pile, but also the type of the load, the shape of the cross section and the inertia moment of the pile, which together govern the failure mechanism and resistance, and are linked to the level of displacement acceptable by the structure to a service limit.