LPILE V2018 é um software comercial que resolve a equação diferencial 2.23, considerando uma viga apoiada sobre uma base elástica em que são usadas curvas de transferência de carga não lineares p-y. O programa calcula a deflexão lateral da estaca, o momento fletor, a força de cisalhamento e a resposta do solo ao longo do comprimento da estaca, disponibilizando gráficos da deflexão da estaca por vários comprimentos, a fim de auxiliar o projetista na escolha de um comprimento ótimo.
A reação lateral não linear do solo é modelada pelas curvas p-y, geradas internamente pelo
software, a partir de teorias de publicações recomendadas para vários tipos de solos. Como
alternativa, o usuário pode inserir manualmente qualquer outra curva p-y gerada externamente.
Existem cinco condições de contorno para o topo da estaca. Com base nas dimensões e especificações do material da estaca, LPILE calcula o momento fletor e relaciona com a capacidade estrutural da estaca.
Vale ressaltar que, de acordo com Abreu (2014), a variação da rigidez flexional das estacas longas de concreto, resultado da sua fissuração, realmente desempenha influência significativa sobre o comportamento de estacas de concreto armado. Até que não ocorra a plastificação do solo, essa influência é bastante acentuada. Desta forma, a participação do solo no comportamento das estacas, se mostra importante à medida que se aumentam as solicitações.
Del Pino Júnior (2003) averiguou a influência da rigidez flexional em ensaios de prova de carga. Segundo ele, esta rigidez se mostrou expressiva para o nível de carga máxima analisada. Almeida (2008), através da retroanálise de provas de carga, obteve para o valor
relação a rigidez flexional constante. Nas simulações de Gonzáles (2014), utilizando o Método dos Elementos Finitos (M.E.F.), para o caso de estacas flexíveis, a fissuração do concreto acaba por afetar significativamente o comportamento da estaca.
De acordo com Abreu (2014), com a progressão do carregamento transversal, gerando aumento do momento fletor na estaca, a tensão de tração atuante aumenta gradativamente, atingindo valores não suportados pelo concreto. Desta forma, se inicia a formação de fissuras espaçadas no concreto, acarretando na redução do momento de inércia da seção fissurada. Logo, a redução da rigidez flexional EpIp com o aumento do momento fletor torna-se
fundamental para um cálculo mais preciso, especialmente quando análise em condições de serviço, em que a deflexão controla o dimensionamento.
A Figura 2.16 apresenta o diagrama peculiar momento-curvatura de uma seção de concreto armado, quando submetida à flexão simples. Este diagrama caracteriza o nível de fissuração das peças de concreto armado em 3 estágios. Considerando estádio I, tensões na fase elástica, estádio II, tensões de tração maiores que a suportada pelo concreto, entretanto, menores que a tensão de escoamento do aço, e por fim, estádio III, em que a tensão atuante alcança a tensão de escoamento do aço. A partir da Figura 2.16, é possível observar o desenvolvimento gradativo da fissuração do concreto e da plastificação dos materiais com a intensidade das solicitações.
Figura 2.16: Diagrama momento-curvatura de seção submetida àflexão simples (Fonte: SILVA, 2012, apud ABREU, 2014).
2.4.1 Análise típica do software comercial LPILE
A análise típica de carregamento lateral em estacas no LPILE requer certos dados de entrada, como: tipo de análise, propriedades da estaca, escolha do tipo de carregamento, seleção das condições de contorno e das camadas de solo. Fica a critério do usuário definir a resposta momento-curvatura da estaca, permitindo maior acurácia na resposta dos resultados.
Cinco condições de contorno estão disponíveis, sendo elas:
a) Estaca não restringida à rotação, tendo duas opções para consideração: a) haste: estaca que se estende acima do nível do terreno; b) cabeça livre: estaca na superfície do terreno;
b) Carga vertical axial aplicada na cabeça da estaca (condição de carregamento de topo);
c) Cabeça da estaca parcialmente restringida à rotação, quando a estaca se estende para a superestrutura (condições de topo parcialmente restringido);
d) Cabeça da estaca restrita contra rotação, ou seja, rotação nula (condições de contorno de topo “cabeça fixa”).
Em função da condição de contorno selecionada, o carregamento do topo da estaca pode versar de uma carga transversal, um momento fletor, deflexão lateral prescrita ou rotação prescrita. Ao selecionar a condição de contorno e o carregamento, dez diferentes deslocamentos incrementais podem ser aplicados na cabeça da estaca para uma única etapa de cálculo, possibilitando a observação do comportamento da estaca para uma faixa de deslocamento e para um determinado conjunto de condições de contorno, em outras palavras, a partir da inserção dos deslocamentos, é possível simular uma prova de carga horizontal. Após o fornecimento das propriedades do solo, as curvas p-y podem ser internamente geradas pelo software, considerando 11 diferentes tipos de solo: argila mole (Matlock, 1970); argila rija com água livre (Reese, 1975); argila rija sem água livre (Reese, 1975), areia (Reese et. al, 1974), calcário (rocha dura), silte (c’ e ø’), API areia (API, 1997), rocha fraca (Reese, 1997), areia com efeito de liquefação (Rollins, 2003) e argila rija com módulo de reação horizontal especificada Kh.
Se as condições do solo em análise não correspondem as especificadas no item anterior, para os 11 tipos de solo considerados, o usuário pode especificar fatores que modificam as curvas p-y, ou inserir curvas calculadas externamente.
2.4.2 Características estruturais
Como características, o software é capaz de gerar diferentes análises:
1. Interpolação linear de rigidez à flexão para estacas com seções transversais diferentes;
2. Se solicitado pelo usuário, o programa pode gerar internamente valores não lineares de rigidez à flexão (EpIp), com base nos seguintes dados:
a. Comportamento do concreto não fissurado; b. Dimensões da estaca;
c. Propriedades do concreto e do aço, especificados pelo usuário. 3. Geração de gráficos:
a. Rigidez flexional (EpIp) versus Momento Fletor (M);
b. Momento Fletor (M) versus curvatura; c. Diagrama de Interação.