Theoretical model to control on site the uplift capacity of helical screw piles embedded in sandy soil

O monitoramento em campo de fundações em estacas metálicas helicoidais é baseado em correlações empíricas entre a capacidade de carga à tração e o torque medido durante a instalação. Nesta pesquisa é proposto um modelo teórico da relação entre o torque de instalação e a capacidade de carga à tração deste tipo de estaca em areias para ser utilizado como procedimento de controle durante a execução deste tipo de fundação. Para validar esta relação teórica e para avaliar o desempenho desta fundação em solos arenosos, foi realizado um programa experimental dividido em dois grupos: ensaios de campo e ensaios de laboratório. Em campo foram realizadas provas de carga à tração na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) e em Contagem (Minas Gerais). Os ensaios de laboratório foram divididos em três grupos. O primeiro corresponde aos ensaios de modelagem física em centrífuga realizados no Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) em Nantes, França. O segundo engloba ensaios de cisalhamento direto de interface entre o aço da hélice da estaca e diferentes areias, parte executada no LCPC e parte na EESC. O terceiro grupo refere-se a ensaios de torção de tubos de estacas metálicas helicoidais efetuados na EESC. A partir dos resultados dos ensaios, o modelo teórico proposto nesta tese foi verificado e mostrou-se adequado para estacas metálicas helicoidais profundas com diferentes dimensões e número de hélices instaladas em solos arenosos. Os resultados das provas de carga realizadas em centrífuga e em campo foram examinados por meio dos métodos existentes na literatura para estimativa de capacidade de carga à tração desenvolvidos para este tipo de fundação. Por meio dos resultados obtidos nos ensaios em centrífuga, constatou-se que nas estacas multi-hélices a porcentagem de capacidade de carga relativa à hélice da ponta aumenta de acordo com o diâmetro da hélice e com a densidade da areia. Nos ensaios de torção de fustes de estacas helicoidais observou-se que, para tubos de mesmo diâmetro e espessura, a ruptura se inicia a partir do mesmo valor de momento torçor aplicado, independentemente de conter ou não emenda.Empirical correlations between installation torque and uplift capacity of helical screw piles are routinely used as a procedure for quality control on site of this type of foundation. In this work, a theoretical model of the relationship between uplift capacity and installation torque of deep helical screw piles in sand was presented to be used as a quality control method for this type of foundation. An experimental program of laboratory and field investigations was carried out in order to validate this theoretical relationship. The field study included uplift tests of full-scale piles installed at the Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) and in Contagem (Minas Gerais). The laboratory tests were performed in the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC/ Nantes) and at the EESC. In the LCPC a program of centrifuge and direct shear interface tests was completed. A set of torsion tests on pile shafts and of direct shear interface tests were carried out at the EESC. The results showed that the theoretical model presented is applicable to different pile dimensions, number of helices, and sand relative density. The methods existing in the literature for estimating uplift capacity of helical screw piles were used to verify the results of uplift capacities measured in field and in centrifuge studies. The results of centrifuge modelling tests demonstrated that the fraction of uplift capacity corresponding to the bottom helix increases with helix diameter and sand density. The torsion tests showed that the failure of the pile shaft begins at the same torque magnitude in experiments on shafts with and without connections