Modelagem numérica de uma estrutura de contenção de estacas espaçadas atirantadas em areia

Retaining walls design involves factors such as plastification, loading and unloading, pre-stressing, excessive displacements and earth and water thrust. Furthermore, the interaction between the retained soil and the structure is rather complex and hard to predict. Despite the advances in numerical simulation techniques and monitoring of forces and displacements with field instrumentation, design projects are still based on classical methods, whose simplifying assumptions may overestimate structural elements of the retaining wall. This dissertation involves a three-dimensional numerical study on the behavior of a retaining wall using the finite element method (FEM). The retaining wall structure is a contiguous bored pile wall with tie-back anchors. The numerical results were compared to data obtained from field instrumentation. The influence of the position of one or two layers of anchors and the effects of the construction of a slab bounded at the top of the retaining wall was evaluated. Furthermore, this study aimed at investigating the phenomenon of arching in the soil behind the wall. Arching was evaluated by analyzing the effects of pile spacing on horizontal stresses and displacements. Parametric analysis with one layers of anchors showed that the smallest horizontal displacements of the structure were achieved for between 0.3 and 0.5 times the excavation depth. Parametric analyses with two anchor layers showed that the smallest horizontal displacements were achieve for anchors positioned in depths of 0.4H and 0.7H. The construction of a slab at the top of the retaining wall decreased the horizontal displacements by 0.14% times the excavation depth as compared to analyses without the slab. With regard to the arching , analyzes showed an optimal range of spacing between the faces of the piles between 0.4 and 0.6 times the diameter of the pile

Os projetos de estruturas de contenção envolvem fatores de plastificação, carregamento e descarregamento de maciços, protensão, deslocamentos excessivos e empuxos de terra e água. Além disso, a interação entre o solo contido e a estrutura executada é bastante complexa e de difícil previsão. Apesar do avanço das técnicas de simulação numérica e monitoramento dos esforços e deslocamentos através de instrumentação, a formulação dos projetos ainda se dá por métodos clássicos, cujas hipóteses simplificadoras podem superdimensionar os elementos constituintes. Neste trabalho, realizou-se um estudo numérico tridimensional de uma estrutura de contenção através do método de elementos finitos (MEF). A estrutura de contenção estudada é composta por estacas espaçadas e tirantes. Os resultados numéricos obtidos foram comparados a dados obtidos de uma instrumentação em campo. Avaliou-se a influência do posicionamento de uma ou duas linha de tirantes ao longo da profundidade e os efeitos causados pela execução de uma laje vinculada à contenção. Estudou-se, ainda, o fenômeno de arqueamento que ocorre entre as estacas, variando-se o espaçamento entre faces de estacas para estudar seus efeitos nas tensões e deslocamentos horizontais. O estudo do posicionamento de uma linha de tirantes ativos indicou uma faixa compreendida entre 0,3 e 0,5 vezes a altura de escavação como aquela que gera os menores deslocamentos horizontais da estrutura. O estudo com duas linhas de tirantes mostrou que a posição da linha superior no nível -2,05m e da linha inferior no nível -3,50m resulta nos menores deslocamentos horizontais. A laje vinculada à contenção diminuiu os deslocamentos horizontais em 0,14% vezes a profundidade de escavação. Com relação ao arqueamento, as análises mostraram uma faixa ótima de espaçamentos entre as faces das estacas compreendido entre e vezes o diâmetro da estaca.