Modelagem geomecânica de uma estaca sujeita a carregamentos horizontais assimétricos

Abstract

A crescente demanda por infraestrutura em áreas urbanas tem impulsionado a ocupação de terrenos com solos moles e sujeitos a inundações. Esses solos apresentam baixa resistência e alta compressibilidade, o que impõe desafios significativos quanto à estabilidade da obra. A execução de aterros nessas condições requer soluções geotécnicas que garantam segurança à estrutura e controlem deformações excessivas. Nessas condições, a execução de aterros pode gerar esforços horizontais assimétricos sobre fundações profundas, comprometendo o desempenho estrutural e a integridade de edificações próximas. O presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento geomecânico de uma estaca existente submetida a tensões horizontais assimétricas, induzidas pela construção de um aterro com altura de 2,0 metros, em um terreno localizado na cidade de Tijucas, Santa Catarina. A metodologia foi desenvolvida a partir de investigações geotécnicas prévias realizadas por meio de ensaios SPT e CPTu, complementadas pela definição de parâmetros obtidos de ensaios de laboratório. Inicialmente, foram aplicados métodos analíticos juntamente com o auxílio do software Ftool para estimar os esforços na estaca. Em seguida, realizou-se uma modelagem numérica no software RS2, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de compreender a evolução das tensões e deformações ao longo do tempo, considerando o processo de adensamento e a dissipação do excesso de poropressões nas camadas argilosas. Os resultados evidenciaram a fragilidade dos métodos analíticos, além de apontar que os momentos fletores desenvolvidos na estaca ultrapassam sua capacidade resistente em todos os estágios avaliados, indicando a ocorrência de ruptura caso nenhuma medida de tratamento ou reforço do solo seja adotada antes da execução do aterro.

The growing demand for infrastructure in urban areas has driven the occupation of lands with soft soils and areas subject to flooding. These soils present low strength and high compressibility, which impose significant challenges regarding the stability of the structure. The execution of embankments under such conditions requires geotechnical solutions that ensure structural safety and control excessive deformations. In these conditions, the construction of embankments can generate asymmetric horizontal stresses on deep foundations, compromising the structural performance and integrity of nearby buildings. The present study aims to analyze the geomechanical behavior of an existing pile subjected to asymmetric horizontal stresses induced by the construction of a 2.0-meter-high embankment on land located in the city of Tijucas, Santa Catarina. The methodology was developed based on previous geotechnical investigations carried out through SPT and CPTu tests, complemented by the definition of parameters obtained from laboratory tests. Initially, analytical methods were applied together with the use of the Ftool software to estimate the stresses on the pile. Subsequently, a numerical modeling was performed using the RS2 software, applying the Finite Element Method (FEM), in order to understand the evolution of stresses and deformations over time, considering the consolidation process and the dissipation of excess pore pressures in the clay layers. The results evidenced the fragility of the analytical methods and indicated that the bending moments developed in the pile exceed its resistant capacity in all evaluated stages, indicating the occurrence of failure if no soil treatment or reinforcement measures are adopted before the execution of the embankment.