Modelagem física de radiers estaqueados com e sem estacas defeituosas assentes em areia

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017.O conceito de radier estaqueado vem sendo cada vez mais utilizado em fundações devido a ocorrência de prédios mais altos, que apresentam maiores cargas concentradas, mas também vem se tornando uma solução viável em pequenos empreendimentos. Desta forma, necessita-se de uma interação entre os elementos constituintes deste sistema para que se tenha um número ótimo de estacas sob o radier a fim de atender critérios de capacidade de carga e recalque admissível. Este aspecto é particularmente importante quando ocorrem defeitos (rupturas ou execução de estacas mais curtas que as projetadas) no sistema de fundação, que gera um fenômeno de distribuição de carga, mudança de fator de segurança e aumento de deslocabilidade imprevisível ao projetista. Um estudo aprofundado do assunto, em verdadeira grandeza, nem sempre é viável o que limita a avaliação destes sistemas sob condições de redução de escala em câmaras de calibração ou sob condições numéricas. Para esta tese de doutorado foram utilizadas placas rígidas e tubos de alumínio para realizar 20 provas de carga em escala reduzida com tensões de 1g assentes em areia sob carregamento vertical, controlados por célula de carga, com o intuito de avaliar o comportamento qualitativo (e prever tendências) de radiers estaqueados com e sem a presença de estacas danificadas para radiers estaqueados de 04, 09 e 16 estacas em tanque de ensaio cilíndrico metálico. Os danos foram simulados pela variação do comprimento das estacas (50%L e 0%L). Para os radiers de 09 e 16 estacas os danos variaram nas posições de canto, borda e centro da placa. Para os radiers sobre 04 estacas, com 25% de estacas danificas, na carga de serviço (50% da carga convencionada a um recalque de 10% do diâmetro da estaca) as fundações já estavam com FS de 1,5, enquanto que para os radiers sobre 09 (11% de dano) e 16 (6% de dano), os fatores de segurança atingiram 1,8 e 1,9, respectivamente. Observou-se também que, desde os níveis iniciais de carregamento, há uma pequena variação da rigidez do sistema, mesmo nos radiers de maior número de estacas, o que permite uma previsão qualitativa da nova situação pós defeito. E isso é claramente evidente a partir dos resultados que evidenciam a diminuição do fator de distribuição de carga (em um dado nível de recalque) com o aumento do número de estacas, embora estacas de diferentes comprimentos mostrem uma tendência similar na distribuição de carga. A tese contribui para o entendimento e a previsão qualitativa, adimensional, de sistemas de fundação radier estaqueado em condições distintas de defeito (posição, geometria do sistema, nível de deslocabilidade/carregamento), entendimento este que serve de base inicial a previsão do comportamento destas fundações quando fisicamente afetadas – e de certa forma à tomada de decisões sobre a eventual necessidade de reforço do sistema de fundações.The concept of piled raft has been increasingly used in foundations due to the occurrence of taller buildings, which have higher concentrated loads, but has also become a economic solution in small building. In this way, an interaction between the constituent elements of this system is required in order to have an optimal number of piles under the raft in order to have a bearing capacity propered and admissible settlement. This is particularly important when defects occur (broken or execution of shorter piles than those designed) in the foundation system, occurs then a new behaviour of load spreads, change of safety factor and unplanned increase of displacement. An in-depth study of the subject in true scale is not always feasible which limits the evaluation of these systems small scale conditions in calibration chambers or under numerical conditions. For this work, therefore, rigid plates and aluminum tubes were used to carry out 20 load tests on small scale with 1g tension on sandy soil under vertical loading, controlled by a load cell, in order to evaluate the qualitative behavior (and predict trends) of piled raft with and without the presence of damaged pile for groups of 04, 09 and 16 piles in a cylindrical metallic test tank. The damages were simulated by the variation of the length of the intacts piles (50% L and 0% L). For the groups of 09 and 16 piles the damages varied in the corner positions, edge and center of the plate. For groups of 4 piles, with 25% of piles damaged, in the service load, the group already had SF of 1.5, while for the groups of 09 (11% damage) and 16 (6% damage), safety factors reached 1.8 and 1.9, respectively. It was also observed that, from the initial levels of loading, there is a small variation of the stiffness of the system, even in the groups with more piles, which allows a qualitative prediction of the new situation of post-defect. And this is clearly evident from the results that show the decrease in the load distribution factor (at a given displacement level) with the increase in the number of piles, although piles of different lengths show a similar tendency in the load spreads. This thesis contributes to the understanding qualitative form, dimensionless prediction of piled raft systems foundation under different conditions of defect (defective pile position, system geometry, level of displacement / loading), an understanding that serves as the initial basis for predicting the behavior of these foundations systems when physically affected - and to a certain extent to making decisions about the possible improve of the system