Estudo do comportamento das fundações profundas de obra industrial no litoral fluminense usando abordagem probabilística

Abstract

Resumo

Resumo: A variabilidade do solo é uma questão complexa que pode afetar o projeto de engenharia geotécnica. Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de fundações de uma obra industrial do litoral fluminense, baseado em ensaios de campo que foram feitos como parte do projeto da obra. Os dados consistem em ensaios SPT e CPT em uma área específica da obra. A estratigrafia do terreno é composta por duas camadas de argila de consistência mole a média separadas por camadas de areia de espessuras variadas. Foram calculados parâmetros básicos de estatística para as resistências dos ensaios CPT e SPT e a variabilidade das argilas foi estimada através da distribuição de probabilidade dos dados. A capacidade de carga de fundações é relacionada com as características do solo ao redor da estaca. As estacas deste estudo são de diferentes tipos e diâmetros, sendo quatro estacas pré-moldadas de concreto sendo do tipo SCAC (duas de 50 cm de diâmetro e duas de 70 cm de diâmetro), seis do tipo Franki (duas de 40 cm de diâmetro, duas de 52 cm de diâmetro e duas de 60 cm de diâmetro) e uma do tipo metálica perfil W 610x155. Todas foram ensaiadas com prova de carga estática e seis foram ensaiadas até a carga de ruptura. Nesta pesquisa, a capacidade de carga das estacas foi prevista por cinco métodos semi-empíricos: Aoki e Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Bustamante e Gianeselli ou LCPC (1982) e Eslami e Fellenius (1997). Todos os métodos são baseados em ensaios de campo, CPT e SPT, que foram executados em local próximo às estacas. Foram considerados ensaios num raio máximo de 200 m. Os resultados das previsões foram comparados com a extrapolação das curvas carga x recalque das estacas interrompidas antes da carga de ruptura. A extrapolação foi feita por quatro métodos: Van der Veen (1953), modificado por Aoki (1976) e modificado por Massad (1986), Chin-Konder (1970), Davidsson (1972) e método da NBR 6122 (2010). Foram calculados os erros dos métodos, percebendo-se um melhor ajuste de extrapolação para o método de Van der Veen, modificação de Aoki (1976), e um menor erro nas previsões de capacidade de carga para o método de Bustamante e Gianeselli (1982). Foi adotada uma abordagem probabilística para estimar a capacidade de carga das estacas levando-se em consideração a variabilidade do solo neste sítio em estudo. Para isso, adotou-se uma distribuição de probabilidade log-normal para o atrito lateral e normal (ou de Gauss) para a ponta de cada estaca e calculou-se a capacidade de carga através do método de Bustamante e Gianeselli (1982), utilizando-se como resistência do solo 10.000 valores gerados aleatoriamente a partir das distribuições. Como resultado, obteve-se a probabilidade de ruptura das estacas ensaiadas com prova de carga estática e das capacidades de carga calculadas pelo método de Bustamante e Gianeselli com abordagem tradicional, além do valor de capacidade de carga para a probabilidade de ruptura de 5% a partir do gráfico da abordagem probabilística. Percebeu-se um melhoramento na previsão da capacidade de carga, sendo que o valor com probabilidade de ruptura de 5% teve um erro 50% menor em relação aos valores reais obtidos na prova de carga do que o valor estimado pelo método tradicional. Ainda percebe-se a influência da variabilidade do solo, quando utilizados ensaios a um raio de 100 m da estaca e ensaios a um raio de 200 m.

Abstract: The variability of the soil is a complex issue that can affect geotechnical engineering design. This paper presents a study on the behavior of foundations of an industrial work of Rio de Janeiro coast, based on field tests that were made as part of the construction project. The data consists of SPT and CPT in a specific area of work. The soil stratigraphy is composed of two layers of soft clay separated by sand layers of various thicknesses. Basic statistical parameters were calculated for the resistance of the CPT and SPT tests and the variability of the clays was estimated using the probability distribution of the data. The bearing capacity of foundations is related to the characteristics of the soil surrounding the pile. The soil profile of the case study is very common in the Brazilian coast, being formed by layers of soft clays interspersed with layers of fine sand. The piles carried out to study are of different types and diameters, with four concrete drive piles SCAC (two 50 cm diameter and two 70 cm diameter), six Franki piles (two 40 cm diameter, two 52 cm diameter and two 60 cm diameter) and a metallic pile W-610x155. All of them were tested by static load test and six of them were carried out to failure. In this research, bearing capacity predictions of the ultimate load of piles were done through four semi-empirical methods: Aoki and Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Bustamante e Gianeselli or LCPC (1982) and Eslami e Fellenius (1997). The methods were based in field tests, CPT and SPT, which were carried out near the place of piles installation, being a maximum distance a radius of 200 m from the pile. The predictions results were compared to the extrapolation of the load-settlement curve in tests stopped before of the failure. The extrapolation was done by four methods: Van der Veen (1953), modified by Aoki (1976) and modified by Massad (1986), Chin- Kondner (1970), Davidsson (1972) and NBR 6122 (2010) method. The errors of the methods were calculated and Van der Veen method, modified by Aoki (1976) had the best fit. The prediction method with a smaller error was Bustamante and Gianeselli (1982). A probabilistic approach was adopted to estimate the bearing capacity of piles taking into account the variability of the soil at this site under study. For this, a probability distribution log-normal was adopted for the skin friction and normal (or Gaussian) to the tip of each pile. The load capacity was calculated by the method of Bustamante and Gianeselli (1982), using as soil resistance values 10.000 randomly generated from distributions. As a result, the failure probability of piles tested with static load test was obtained and load capacities were calculated by the method of Bustamante and Gianeselli with the traditional approach, plus the amount of bearing capacity for the failure probability of 5% obtained from the graph of the probabilistic approach. It can be noticed an improvement in the prediction of load capacity, the value for the failure probability of 5% had an error 50% lower compared to the real values obtained in the load test than the value estimated by the traditional method. There is still the influence of soil variability when used tests from 100 meter radius of the piles and tests from a radius of 200 m.