Comportamento de estacas escavadas submetidas a carregamentos cíclicos axiais em solo coesivo friccional

Abstract

O carregamento cíclico axial é um esforço atuante em diversas estruturas. O efeito deste carregamento em fundações profundas e em solos coesivos friccionais ainda são temas pouco estudados na geotecnia clássica. Em função do desconhecimento, o dimensionamento de estruturas sujeitas a estes esforços acaba sendo muito conservador. Especialmente faltam metodologias de cálculo para solos coesivos friccionais ou solos residuais que possuam características particulares advindas de uma leve cimentação natural. Com o objetivo de minimizar esta lacuna de conhecimento, foi realizado um estudo sobre o efeito de carregamentos cíclicos sobre o solo residual de Passo Fundo e carregamentos cíclicos axiais em estacas escavadas executadas no mesmo solo. Para isso, foi realizada uma caracterização da sua resistência ao cisalhamento monotônica e cíclica através de ensaios simple shear em amostras indeformadas do solo e caracterização da interface solo-estaca através de ensaios slant shear. E, além disso, foram realizadas provas de carga axiais de compressão em quatro estacas escavadas de concreto geometricamente idênticas de 0,30 m de diâmetro e 3,0 m de profundidade, sendo uma carregada de forma monotônica e outras três sujeitas a diferentes níveis de carregamentos cíclicos axiais à tensão controlada e posteriormente sujeitas a carregamento monotônico pós-cíclico. A partir dos resultados de simple shear monotônico o ângulo de atrito interno efetivo do solo foi de 29,7° e coesão efetiva de 15,0 kPa. Os resultados dos ensaios simple shear cíclicos mostraram que para a maioria das tensões estudadas o solo não apresentou elevada deformação com a aplicação dos ciclos, com exceção da tensão mais alta do programa experimental. Como resultado da prova de carga monotônica, alcançou-se uma carga última de 133 kN. Os resultados das provas de carga cíclicas axiais mostraram uma elevada estabilidade da estaca à aplicação dos ciclos, com desenvolvimento baixo de recalques até uma carga referente a 90% da carga última monotônica que finalmente levou à ruptura por grandes deformações. Além disso, a resistência pós-cíclica das estacas se mostrou pouco influenciada pela aplicação dos ciclos.

Axial cyclic loading is an active effort in several structures. The effect of this loading on deep foundation structures and cohesive frictional soils are still poorly studied topics in classical geotechnics. Due to the lack of knowledge, the design of structures subject to these efforts ends up being very conservative. Especially there is a lack of calculation methodologies for cohesive frictional soils or residual soils, which have particular characteristics from a light natural cementation. In order to minimize this knowledge gap, a study was carried out on the effect of cyclic loads on the residual soil of Passo Fundo and axial cyclic loads on bored piles executed in the same soil. For this, a characterization of resistance to monotonic and cyclic shear was carried out through simple shear tests on undisturbed soil samples and characterization of the pile soil interface through Slant Shear tests. In addition, compression axial load tests were carried out on four geometrically identical bored concrete piles of 0,30 m in diameter and 3,0 m in depth, one being monotonically loaded and the other three subjected to different levels of axial cyclic loads under stress controlled and subsequently subjected to monotonic post-cyclic loading. From the results of monotonic simple shear, the effective internal friction angle of the soil was 29,7º and the effective cohesion was 15,0 kPa. The results of the cyclic simple shear test showed that for most of the stresses studied, the soil did not present high deformation with the application of the cycles, except for the highest stress of the experimental program. From the monotonic load test, an ultimate load of 133 kN was achieved. The results of the axial cyclic load tests showed a stability of the pile with cyclic application, with low development of settlements up to a load referring to 90% monotonic ultimate load, which finally led to rupture due to large deformations. In addition, the post-cyclical resistance of the piles was little influenced by the application of the cycles.