Ensaios de baixa deformação para avaliação da integridade de estacas (PIT) - desenvolvimento de modelos numéricos por elementos finitos e contribuições às análises de resultados

Abstract

Resumo: Os ensaios PIT para avaliação de integridade em estacas têm um custo relativamente baixo, são de rápida execução e são ensaios não destrutivos. Apesar dessas vantagens, as inúmeras variáveis envolvidas e a influência de fatores externos podem tornar a interpretação dos resultados complicada ou até mesmo impossível. Dentre as variáveis que influenciam nos resultados e podem dificultar a sua interpretação estão as armaduras das estacas. Em estacas parcialmente armadas, a variação de densidade e de módulo de elasticidade entre o trecho armado e não armado e eventuais alterações na interface decorrentes do processo de introdução da armadura geram reflexões que podem ser confundidas com danos nas estacas e devem ser levadas em conta na análise dos resultados. Em estacas muito esbeltas, com relações entre comprimento e diâmetro acima de 30, a dissipação de energia da onda de compressão desde o topo da estaca onde é aplicado o golpe com o martelo, percorrendo todo o trecho até o final da estaca e depois retornando ao topo, pode impossibilitar a identificação clara de ponta, dificultar a identificação de variações de impedância nos trechos mais profundos da estaca e a análise dos resultados em geral. Neste trabalho são desenvolvidos modelos por elementos finitos que permitem a simulação numérica dos ensaios PIT e são realizadas contribuições à análise de fatores que afetam o ensaio como a influência da armadura inserida nas estacas, a simulação do amortecimento gerado pelo solo e a estimativa da velocidade de propagação de ondas no ensaio. Essas contribuições são resultado de análises e comparações entre os resultados obtidos nas simulações numéricas e cálculos com os obtidos em campo. Um novo sistema de classificação de possíveis danos é proposto para análise de reflexões observadas na ponta da armadura inserida em estacas parcialmente armadas. Palavras-chave: Estacas, integridade, PIT, modelos numéricos, elementos finitos, influência da armadura, amortecimento, velocidade de propagação de ondas, classificação de danos.

Abstract: Low strain integrity tests in piles are relatively cheap, of quick execution and nondestructive. Despite all these advantages, several variables are involved and the influence of external factors can complicate the interpretation of the results and even make it impossible. Between the main variables can be highlighted the influence of the pile reinforcement. In piles partially reinforced, the difference in density and elastic modulus of the concrete in different parts of the pile and the influence of the process of introducing the reinforcement bars can induce some reflections in the test that can be confused with damage in the pile and, therefore, should be taken into account to analyze the tests results. In slender piles, in which the relation length-diameter is above 30, the compression wave dissipation from the top of the pile where the hammer blow is applied to the pile tip and back to the top, can make it impossible to identify clearly the pile tip and impedance variations in the deepest parts of the pile making it difficult to analyze the results. In this research, models based on finite elements method are developed in order to simulate numerically the low strain integrity tests. Also, some contributions are made to analyze factors that have some influence in the tests results such as the influence of the reinforcement, the simulation of the signal attenuation due to the soil and the estimative of the compression wave speed. These contributions are the result of extensive analysis and comparisons between the results obtained in the numerical simulations to those obtained in the field. A new procedure to classify possible damages is proposed based on the analysis of the reflections observed at the end of the reinforcement cage embedded in a pile partially reinforced. Key-Words: Piles, low strain integrity test, numerical models, finite elements, influence of the reinforcement, attenuation, wave speed, damage classification.