Análise da capacidade de carga de estacas escavadas submetidas ao carregamento vertical no Campo Experimental de Araquari: métodos semiempíricos e modelagem numérica

Abstract

A análise da capacidade de carga de fundações profundas é um problema complexo devido à influência de diversas variáveis, como os parâmetros geotécnicos do subsolo, as características estruturais das estacas e o processo construtivo. Apesar de existir uma vasta literatura sobre o tema, ainda há uma grande divergência nos valores de capacidade de carga estimados por diferentes métodos. Além disso, estudos recentes realizados no Campo Experimental de Araquari, em consonância com estudos anteriores, destacam a necessidade de aprofundar o entendimento do mecanismo de interação solo-estrutura em estacas escavadas com auxílio de fluido estabilizante. O objetivo do presente trabalho é analisar a capacidade de carga de estacas escavadas em solo arenoso por meio de métodos semiempíricos e modelagem numérica em um software de elementos finitos. Além disso, propõe-se investigar numericamente a variação do estado de tensões na interface solo-estaca. Para tal, foram utilizados os métodos semiempíricos propostos por Aoki e Velloso (1975), Décourt e Quaresma (1978), Teixeira (1996), Eurocódigo 7 (2010) e Bustamante e Frank (1999). Para a análise numérica, foi utilizado o software Abaqus de elementos finitos, considerando os parâmetros da estaca e do subsolo do Campo Experimental de Araquari (CEA) apresentados nos trabalhos de Nienov (2016), Lavalle (2017) e Sestrem (2018). Como principais resultados, observou-se que os métodos semiempíricos brasileiros, baseados nos resultados de SPT, estimaram valores menores da capacidade de carga em comparação com os métodos europeus baseados nos resultados de CPT. Por outro lado, o método de Aoki e Velloso (1975), com os dados de ensaios CPT, apresentou valores mais próximos dos obtidos nos ensaios de prova de carga. O modelo numérico mostrou-se adequado para reproduzir o comportamento observado no ensaio de prova de carga, fornecendo resultados com a mesma ordem de grandeza dos modelos semiempíricos brasileiros e do ensaio executado in situ. As comparações entre os valores de capacidade de carga e a análise dos coeficientes β, K, e μ apresentadas neste trabalho podem contribuir para o entendimento do comportamento de estacas escavadas em solos arenosos.

The analysis of the bearing capacity of deep foundations is a complex problem due to the influence of many variables, such as the geotechnical parameters of the subsurface, the structural characteristics of the piles, and the construction process. Despite the extensive literature on the subject, there is still a significant divergence in the estimated values of bearing capacity by different methods. Furthermore, recent studies conducted at the Araquari Experimental Field, in line with previous researches, highlight the need to further understand the soil-structure interaction mechanism in bored piles with the use of stabilizing fluid. The objective of this study is to analyze the bearing capacity of bored piles in sandy soil using semi-empirical methods and numerical modeling in a finite element software. Additionally, it aims to investigate numerically the variation of the stress state at the soil-pile interface. For this purpose, the semi-empirical methods proposed by Aoki and Velloso (1975), Décourt and Quaresma (1978), Teixeira (1996), Eurocode 7 (2010), and Bustamante and Frank (1999) were utilized. For the numerical analysis, the finite element software Abaqus was used, considering the pile and subsurface parameters from the Araquari Experimental Field (CEA) presented in the researches of Nienov (2016), Lavalle (2017), and Sestrem (2018). The main results indicate that the Brazilian semi-empirical methods, based on SPT results, underestimated the bearing capacity compared to the European methods based on CPT results. On the other hand, the Aoki and Velloso method (1975), using CPT data, provided values closer to those obtained in the load test. The numerical model proved to be adequate in reproducing the behavior observed in the load test, providing results of the same order of magnitude as the Brazilian semi-empirical models and the in situ test. The comparisons between the bearing capacity values and the analysis of the β, K, and μ coefficients presented in this study can contribute to the understanding of the behavior of bored piles in sandy soils.