Ensaios em modelos 1g

Há dificuldades e limitações associadas a ensaios em pequena escala em laboratório e sua extrapolação para fundações reais, principalmente pelo pequeno nível de tensão imposto (gravidade natural 1g), dimensões da amostra e similitude. Tais limitações, contudo, não invalidam estes trabalhos que podem ser considerados qualitativamente representativos do comportamento de elementos de fundações e, portanto, passíveis de serem usados para comprovar a aplicabilidade de estudos teóricos.

Ensaios em laboratório em radiers sem estacas, grupos de estacas (sem contato do bloco com o solo) e radiers estaqueados (com contato do bloco-solo) em areia seca mostrou que a capacidade de carga das estacas excedeu a soma da capacidade de carga das estacas e do bloco, devido ao incremento na capacidade de carga causado pela interação estaca-radier (pressão de contato do radier sobre o solo) (Akinmusuru, 1980; Balakumar, 2008).

Bauer et al. (2014) confirmaram este incremento de capacidade de carga lateral devido ao movimento do solo em teste 1g em laboratório.

Cooke (1986) apresentou uma extensiva série de ensaios e confirmaram este incremento de capacidade de carga lateral devido ao movimento do solo em teste 1g em laboratório, escala reduzida em radiers, grupos de estacas e radiers estaqueados de vários tamanhos em solos argilosos. Cooke estabeleceu que pouca vantagem seria obtida ao se projetar radiers estaqueados com espaçamento inferior a 4d e também indicou que o comportamento do bloco ocorreu mesmo em um espaçamento muito maior (isto é, 6d a 8d) do que o tradicionalmente era aceito para o projeto de radier estaqueado. Assim, menos estacas também poderiam produzir

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uma considerável redução de recalque. O mesmo ressaltou a importância do comprimento das estacas no comportamento do radier estaqueado e observou que as estacas poderiam ser mais longas em relação ao tamanho do radier. Ele também observou que em caso de radiers rígidos, a distribuição da carga entre as estacas do radiers estaqueado depende do número de estacas e dos seus espaçamentos. Para espaçamentos mais comuns, as estacas externas podem receber pelo menos duas vezes a carga recebida pelas estacas do interior.

Lee & Chung (2005) realizaram ensaios em modelo reduzido em grupos de estacas com estacas flutuantes em areia densa e analisaram a influência do bloco sobre o comportamento do grupo de estacas carregadas verticalmente. A partir dos resultados, verificou-se que o efeito do bloco em contato com o solo subjacente resultou em um incremento no atrito lateral, principalmente após a carga da estaca ter sido atingida, com influência sobre o espaçamento da estaca. Eles também observaram que uma carga muito menor foi recebida pela placa no sistema radier estaqueado, pelo menos na fase inicial do carregamento.

Mandolini et al. (2013) apresentaram um gráfico (Fig. 2.22) em que foi estabelecido a variação da carga assumida pelo radier em um sistema radier estaqueado em função do Fator de Forma.

Figura 2.22 - Proporção da carga absorvida pela placa em um sistema radier estaqueado. Adaptado de Mandolini et al., (2013).

O Fator de Forma (FF) estabelece que o comportamento de sistemas radier estaqueado encontra-se influenciado pelo comportamento relativo do grupo de estacas e do radier, como exposto na Eq. 2.29.

Tese de Doutorado (G.TD – 136/2017) 44 𝐹𝐹 = 𝐴𝐺 𝐴𝑅 ⁄ 𝑠 𝑑 ⁄ (2.29) Em que:

AG: área do grupo de estacas, definida por Sanctis et al. (2002), Eq. 2.30.

𝐴𝐺 = [(√𝑁𝑝− 1)𝑠]2 (2.30)

AR: área ocupada pelo radier; s: espaçamento; d: diâmetro das estacas e; Np: número de estacas

no grupo.

Bajad & Sahu (2008) através de testes em modelos 1g estudaram o efeito do comprimento e do número de estacas numa fundação em radier estaqueado, para estas análises os autores lançaram mão dos conceitos de relação de redução de recalques, que visa um projeto ideal de radier estaqueado, em que os recalques são reduzidos e não eliminados, de forma que o projetista de posse destas informações consiga ter uma ótima relação entre os elementos do sistema de fundação. O comportamento do fator de redução de recalque é quantificado pelo fator de redução de recalque que é descrito pela Eq. 2.31.

𝑆𝑟 = 𝑑𝑟𝑖_𝑑− 𝑑𝑟𝑒 𝑟𝑖

(2.31) Em que:

dri: recalques do radier isolado;

dre:recalque do radier estaqueado, para cada dado carregamento.

Em seus estudos os autores observaram que quanto maior a relação entre o comprimento das estacas e o diâmetro do bloco equivalente maior é a taxa de redução de recalques e também maior é a relação de distribuição de carga experimentada entre os elementos da fundação (radier + estacas).

Os autores também relacionaram o aumento no número de estacas dentro do sistema de fundação com o aumento de Sr e _𝛼𝑝𝑟, porém a influência do número de estacas nestes fatores deixa de ser significante a partir de um determinado número de estacas.

Segundo Balakumar (2008) o fator de distribuição de carga (_𝛼𝑝𝑟) é definido pela relação entre a quantidade de carga distribuída a todas as estacas a dado recalque do radier estaqueado (Qp) e a carga total aplicada sobre o radier estaqueado a um mesmo nível de recalque (Qpr),

Tese de Doutorado (G.TD – 136/2017) 45 𝛼𝑝𝑟 = _𝑃𝑄𝑝 𝑝𝑟 (2.32) Em que:

Qp: cargas totais assumidas por todas as estacas;

Qpr:cargas totais assumidas pelo radier estaqueado para o mesmo nível de recalque;

Qr: carga recebida pelo radier (sem estacas) para um mesmo nível de recalque;

Qp =Qpr – Qr. (2.33)

Lee (2008) e Choi (2012) estudaram fundações formadas por estacas isoladas e grupos estaqueados em areia, em que estas fundações foram carregadas lateral e vertical, destacando como vantagem a possiblidade de melhor controle e repetibilidade das propriedades do solo e das condições de carregamento durante os ensaios em escala reduzida 1g. Lee ainda conclui que os dados obtidos nestes testes são compatíveis com ensaios de estacas realizados em modelos reduzidos e em escala real reportados na literatura, Fig.2.23.

Figura 2.23 – Exemplos de Experimentos 1g. (a) Lee (2008) e (b) Choi (2012).

Os estudos de modelos em escala reduzida facilitam o controle das variáveis encontradas na prática e estudam sua influência no comportamento do radier estaqueado. Embora os resultados deste estudo não possam ser comparados diretamente com o comportamento da escala real, eles são muito úteis para fornecer um entendimento sobre o padrão de comportamento, como um guia para o desempenho de obras similares em escala de verdadeira grandeza quando examinado em conjunto com as soluções teóricas desenvolvidas.

Neste estudo, a concentração foi nos parâmetros adimensionais, tais como, a taxa de redução de recalque, a taxa de redução de rigidez, os fatores de segurança e as taxas de carga e recalques, uma vez que o comportamento do radier estaqueado é influenciado pelo recalque. Embora os testes em escala real sejam ideais, eles são demorados e apresentam alto custo. Além disso, as condições de contorno para os ensaios podem não ser tão claras quanto as que

(a) _(b) Macaco hidráulico Célula de carga Conjunto de chapa de aço e rolo

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podem ser criadas em laboratório. Isso pode levar à complexidade nas análises dos dados observados. Também estudos em verdadeira grandeza são limitados quanto a estudo paramétrico mas representam as condições reais.

Os modelos paramétricos podem simular um radier muito flexível e podem ser mais econômicos do que os ensaios em verdadeira grandeza. Porém, podem sofrer limitações quanto a influência das condições de contorno e apresentam algumas limitações quanto as leis de similitude no que se refere ao tamanho dos grãos, por exemplo. Mas este efeito tem sido estudado por muitos e comprovados ser insignificante se a relação da largura da fundação ou comprimento com o D50 for inferior a 30.

Tavares (2012) avaliou, em modelo reduzido 1g, o comportamento de um sistema de fundação em radier estaqueado com estacas íntegras assentes em areia sob carregamentos verticais.

O autor comparou os resultados experimentais com alguns métodos de previsão de capacidade de carga, além de ter apresentado os fatores de eficiência (η), taxa de recalque (Rs)

e os fatores de redução dos grupos. Este ganho de eficiência é percebido quando se compara o comportamento carga-recalque destas fundações, conforme demonstrado na Fig. 2.24.

Figura 2.24 - Comparativo entre as curvas carga-recalque do grupo com 4 estacas e o radier estaqueado com 4 estacas (Tavares, 2012).