Carregamento lateral de estacas em grupo em um solo residual

Abstract

Fundações profundas atuam na transmissão de cargas verticais, horizontais e momentos da estrutura para o solo, podendo a distribuição das tensões ser feita através da base (resistência de ponta) e da superfície lateral (resistência de fuste). Os projetos de estacas, em sua maioria, são desenvolvidos para conter carregamentos axiais substanciais, sendo as solicitações laterais mínimas e, por conseguinte, até mesmo desprezadas. No entanto, muitos são os casos em que as estacas estão submetidas a cargas horizontais significativas — capazes de influenciar em seu dimensionamento — provenientes da ação do vento, da água, do empuxo de terra, entre outros. Para a maioria dos projetos que empregam fundações estaqueadas, além das estacas isoladas, é comum o emprego de grupos de estacas, geralmente interligadas no topo por um bloco de coroamento. De modo geral, o comportamento desses grupos sob carregamento lateral está relacionado com a quantidade de estacas, do espaçamento entre elas, da existência de restrição no topo e do comportamento do solo. Contudo, as metodologias adotadas para o dimensionamento de tais estruturas utilizam-se de modelos simplificados, que tratam a análise do solo com características puramente friccionais, ou coesivas, sendo o conjunto de ambas ainda pouco compreendido – como acontece em solos residuais. Por se tratar de um material com comportamento complexo, caracterizado por uma estrutura levemente cimentada, a execução de projetos geotécnicos em solo com características coesivas e friccionais provoca uma série de questões quanto a previsão das cargas e dos recalques a serem mobilizados. Nesse contexto, o presente estudo tem por objetivo o projeto e a concepção de um grupo de estacas e uma estaca de reação de topo livre, em um solo com propriedades coesivas e friccionais, cujos resultados obtidos – através de uma instrumentação ao longo das estacas e no bloco de coroamento – são utilizados para avaliar o desempenho e comportamento em campo dos elementos ensaiados. As conclusões apontam que a aplicação de ciclos de carga-descarga, antecedendo a carga monotônica, resultou em deslocamentos permanentes ainda maiores para as estacas. Assim como, indicaram que o elemento isolado apresentou um melhor desempenho no solo residual, com uma taxa de recuperação mais alta. Através da leitura dos deslocamentos ao longo da profundidade, obtidas por um inclinômetro, as estacas em grupo e a estaca de reação apresentaram comportamentos similares, característicos de elementos rígidos, em que ocorre uma rotação em torno de um ponto de giro que se forma ao longo da profundidade.

Deep foundations act in the transmission of loads (vertical and horizontal) and moments of the structure to the ground, its stress distribution can be through the base (base resistance) and the lateral surface (side resistance). Most of pile designs intend to contain substantial axial loads, with minimal, or even neglected, lateral stresses. However, there are many cases in which the piles are subjected to significant horizontal loads - capable of influencing their design - resulting from the action of wind, water, earth thrust, among others. For most projects adopting pile foundations, apart from isolated piles, it is common to use pile groups, usually interconnected at the top by a cap. In general, the behavior of these groups under lateral loading is related to the number of piles, the spacing between them, the head fixity conditions and the behavior of the soil. Regarding the restrained head, it provides an increase in the rigidity of the system, therefore influencing the load capacity of the group. However, the methodologies adopted for the design of such structures use simplified models, which consider soil analysis with purely frictional or cohesive characteristics, but when those are combined it’s still slightly acknowledged - as in residual soils. Being a material with complex behavior, characterized by a lightly cemented structure, the execution of geotechnical projects on the ground with cohesive and frictional characteristics causes a series of questions regarding the prediction of loads and displacements to be mobilized. In this context, the present study aims to design and execute a fixed-head two-pile group and a free-head reaction pile, in a soil with cohesive and frictional properties, whose results obtained - through an instrumentation along of the piles and on the cap - are used to evaluate the performance and field behavior of the tested elements. The conclusions point out that the application of load-unload cycles, preceding the monotonic load, resulted in even greater permanent displacements for the piles. Also, indicates that the isolated element had a better performance in the residual soil, with a higher recovery rate. Regarding the displacements along the depth, obtained by an inclinometer, the group piles and the reaction pile showed similar behaviors, characteristic of rigid elements, in which there is a rotation around a point that is formed along the depth.