Contribuição à confiabilidade de estacas cravadas através de um estudo de caso com aplicação da teoria Bayesiana.

Nos diversos segmentos da Geotecnia e em especial na área de fundações, o engenheiro se depara com uma série de incertezas. Algumas destas incertezas são inerentes à variabilidade local do solo, às condições de carregamento, aos efeitos do tempo, às diferenças nos processos executivos, erros de sondagens, que influenciam diretamente a estimativa da capacidade de carga da fundação, seja por ocasião de seu carregamento estático, seja durante ou logo após a cravação. O objetivo desta dissertação é a adaptação, a estacas em terra (onshore), de um procedimento concebido originalmente para emprego em estacas offshore, que trata da atualização da estimativa da resistência durante a cravação, com base em registros documentados durante a execução. Neste procedimento a atualização é feita através da aplicação dos conceitos da análise Bayesiana, assumindo que os parâmetros da distribuição probabilística utilizada sejam variáveis randômicas. A incerteza dos parâmetros é modelada por distribuições a priori e a posteriori. A distribuição a posteriori é calculada pela atualização da distribuição a priori, utilizando uma função de máxima verossimilhança, que contém a observação obtida dos registros de cravação. O procedimento é aplicado a um conjunto de estacas de um extenso estaqueamento executado na Zona Oeste do Rio de Janeiro. As estimativas atualizadas são posteriormente comparadas aos resultados dos ensaios de carregamento dinâmico. Várias aplicações podem surgir com o emprego deste procedimento, como a seleção das estacas que, por apresentarem reduzido valor de estimativa atualizada de resistência, ou uma maior incerteza desta estimativa, devam ser submetidas a provas de carga. A extensão deste estudo a diferentes tipos de estacas em perfis de solo de natureza distintos poderá levar ao desenvolvimento de sistemas mais adequados de controle de execução, capazes de identificar as principais incertezas presentes nos diferentes tipos de execução de estacas, contribuindo assim para a otimização de futuros projetos de fundações.

Contribuição ao estudo do efeito tridimensional de instalação e de grupo em estacas cravadas em areia.

O efeito de instalação de estacas cravadas em areia, que promove um aumento da compacidade do solo e de seus parâmetros de resistência e deformabilidade, é analisado nesta dissertação em conjunto com o efeito de grupo. O procedimento estabelecido objetiva quantificar a melhoria após a instalação de um grupo de estacas e foi desenvolvido nesta pesquisa a partir da contribuição de Alves (1998). Para a utilização deste procedimento, foram propostas correlações do módulo de Young do solo em função da resistência à penetração NSPT (ou da resistência à penetração normalizada N60), a partir de um banco de dados obtido da literatura, visando não apenas as aplicações implementadas neste estudo, como também nortear futuras aplicações práticas. Na análise de casos documentados da literatura, foi utilizado o programa Plaxis 3D Foundation. Inicialmente foi procedida a calibração do programa através da reprodução de um caso de instrumentação de um grupo de estacas na argila rija de Londres, muito bem documentado por Cooke et al. (1980). Os resultados das simulações, com parâmetros do solo obtidos da literatura, se ajustaram muito bem aos resultados experimentais, seja nos valores de recalque, seja nos diagramas de transferência de carga. Posteriormente, a melhoria do solo por efeito da instalação foi estimada, através do procedimento estabelecido nesta dissertação, baseado em Alves (1998), a partir das características iniciais do solo antes da instalação de um grupo de estacas em modelo reduzido em solo arenoso. Obtidos os parâmetros melhorados previstos para o solo após a instalação, estes foram aplicados a um grupo de 9 estacas, para diferentes espaçamentos relativos, como dados de entrada no programa Plaxis. A comparação dos resultados experimentais com aqueles simulados numericamente sinaliza para o potencial tanto do programa Plaxis, na reprodução do comportamento do conjunto, como do modelo de Alves (1998), que norteou o procedimento proposto nesta pesquisa. O fator de escala, ressaltado na dissertação, bem como outros aspectos relevantes observados nas análises realizadas, são propostos como temas futuros a serem investigados na continuidade desta linha de pesquisa.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

Critério estatístico para obtenção de valores de NSPT para previsão da capacidade de carga de estacas por métodos semi empíricos.

Uma das tarefas mais desafiadoras do engenheiro na área da Geotecnia é a escolha dos valores de parâmetros geotécnicos obtidos de ensaios de campo ou laboratório e que serão utilizados nos modelos analíticos ou numéricos na fase de projeto de fundações. Diante das incertezas inerentes aos ensaios de SPT e da heterogeneidade de abordagens para a utilização dos valores de NSPT, é proposta neste estudo, a aplicação de um critério estatístico para obtenção de valores de NSPT, a partir da construção de intervalos de confiança de 95% de probabilidade em torno da reta ajustada de regressão linear simples entre a variável aleatória NSPT e a profundidade. Os valores obtidos de NSPT pelo critério aplicado foram utilizados na previsão da capacidade de carga de 19 estacas isoladas a partir da utilização de três métodos semi-empíricos: Aoki-Velloso (1975) com coeficientes alterados por Monteiro (1997), Décourt & Quaresma (1978) alterado pelo método de Décourt (1996) e Método de Alonso (1996). As cargas de ruptura dessas 19 estacas ensaiadas através de Provas de Carga Estática foram obtidas pelos métodos de extrapolação de Van Der Veen (1953) e Décourt (1996) e serviram para comparação e consequente validação do critério estatístico. Adicionalmente, com fulcro no item 6.2.1.2.1 da ABNT NBR 6122:2010 Resistência calculada por método semi-empírico, foram avaliados os fatores de segurança em relação às cargas de projeto, inclusive, também se utilizando da premissa de reconhecimento de regiões representativas, levando em conta o número de ensaios de SPT executados, fato que promove uma diminuição da incerteza dos parâmetros, apontando a um menor fator de segurança. A dissertação enfatiza as vantagens de um adequado tratamento estatístico dos parâmetros geotécnicos, a exemplo da recomendação já existente nas normas internacionais como Eurocódigo e outras. O critério construído permite e encoraja análises e decisões racionais no universo das partes interessadas consumidores, projetistas, fiscais de obras, contratantes e comunidade científica promovendo as discussões de forma mais objetiva e harmoniosa sobre o tema.

Contribuição à confiabilidade de estacas tipo raiz através de um estudo de provas de carga estáticas com aplicação da teoria bayesiana.

Atualmente, o assunto de segurança em fundações tem despertado a atenção de diversos pesquisadores. Muitos entendem ser ultrapassada a utilização, pura e simples, de fatores de segurança em obras geotécnicas. O tratamento determinístico nos projetos de fundações não corresponde às variações e incertezas geradas em todo o processo de investigação do subsolo e processo executivo da fundação, sendo ainda o projeto de fundações um fim de linha de uma longa fila de disciplinas que a precedem e que geram também incertezas nas informações de esforços de suas estruturas e solicitações nas fundações. Porém, são as fundações as primeiras a serem executadas em qualquer obra civil. Este aspecto tem levado à necessidade crescente de verificar também a probabilidade de ruína da fundação por meio da chamada análise de confiabilidade. Com o objetivo de contribuir com a discussão sobre o emprego da análise de confiabilidade, as orientações da norma e o aprimoramento de modelos de cálculo, esta dissertação apresenta, através da aplicação em um estudo de caso, os diferentes aspectos de segurança abordados em projetos de fundações. Procura-se destacar dois tipos básicos de incertezas: aquelas inerentes à variabilidade espacial das propriedades do solo e as decorrentes do modelo de cálculo. Nesta pesquisa são procedidas inicialmente as extrapolações das curvas das provas de carga, que resultarão nos valores da função de Verossimilhança, para a atualização por Bayes. Numa segunda etapa se procede à estimativa da capacidade de carga a priori por alguns métodos consagrados e amplamente utilizados no Brasil. A atualização da estimativa da capacidade de carga é, a seguir, realizada através da metodologia de Bayes, sendo esta uma aplicação de conceitos da probabilidade condicional. A ideia de se proceder a estas duas alternativas de análise à priori foi norteada por duas motivações distintas: i) contribuir para a prática, pelo procedimento de combinação de informações num caso real bem documentado, conforme proposto por Vrouwenvelder (1992) e ii) motivar discussão de opiniões polêmicas de engenheiros de fundações brasileiros em relação à adoção de um fator de segurança inferior a 2 no caso de provas de carga especificadas na fase de projeto.

Um estudo de caso envolvendo a retroanálise de tensões residuais de cravação.

As tensões residuais de cravação ocorrem quando a estaca e o solo não são totalmente descomprimidos após dissipação completa da energia transferida à estaca durante sua instalação. Este assunto tem merecido a atenção de vários pesquisadores, uma vez que a presença das tensões residuais na estaca causa uma alteração no seu comportamento quando carregada. A presente dissertação reuniu estudos anteriores que estabeleceram os principais fatores que influenciam as tensões residuais de cravação. Procurou-se executar uma série de simulações objetivando melhor entender o desenvolvimento das tensões residuais com a porcentagem de resistência de ponta, em continuidade aos estudos de Costa (1994). Costa (1994) observou que a porcentagem de carga na ponta é um fator relevante na avaliação das tensões residuais de cravação. Uma análise paramétrica efetuada confirmou estudos anteriores, verificando que a razão entre a carga residual na ponta em relação à capacidade de carga global cresce, a medida que a porcentagem de carga na ponta aumenta, chegando a um valor máximo para, em seguida, diminuir. Este comportamento é similar ao da curva de compactação do solo, quando, ao aumentar a umidade, o peso específico seco aumenta, até um valor máximo, correspondente à umidade ótima, para em seguida reduzir. Verificouse, ainda, semelhantemente ao aumento da energia de compactação, que vai transladando a curva para cima e para à esquerda do gráfico umidade x peso específico seco, que o aumento do comprimento da estaca apresenta um comportamento similar. O aumento do comprimento leva a curva para cima e para a esquerda. Finalmente, selecionou-se um caso de obra com condições propícias para o desenvolvimento de altas tensões residuais de cravação. Trata-se de um caso de estacas metálicas longas, embutidas em solo residual jovem, de elevada resistência, bem documentado com extensa instrumentação, por ocasião da instalação. A retroanálise de cinco estacas do banco de dados mostrou que as cargas residuais previstas, num programa de simulação de cravação, se aproximaram muito dos valores experimentais. Foi observado também que a profundidade do ponto neutro previsto e medido apresentou uma excelente concordância. O resultado mais relevante desta pesquisa foi quando os valores de porcentagem de ponta foram introduzidos no eixo das abscissas e os valores da razão entre a carga residual na ponta e a capacidade de carga global, no eixo das ordenadas, e se observou o aspecto da curva semelhante à de compactação. A dissertação ilustra ser possível e simples a previsão das tensões residuais de cravação através de uma análise pela equação da onda.