Análise numérica de provas de cargas laterais em estacas

Abstract

Este trabalho apresenta estudo de metodologias para análise de fundações profundas sob carregamento lateral. O estudo foi realizado através de análises numéricas por elementos finitos através do software ABAQUS e por análises bidimensionais através do Ftool. No ABAQUS foram simuladas duas estacas longas, obtendo resultados de F versus δ e deformadas das estacas, que posteriormente foram comparados com resultados de provas de carga e de inclinômetro. Além disso, foram obtidas as curvas p-y a partir da simulação numérica no ABAQUS, as quais foram utilizadas para obtenção do módulo de reação horizontal. Para análise no Ftool, utilizou-se do coeficiente e módulo de reação horizontal derivados dos métodos de Terzaghi (1955) e Bowles (1977) e das curvas p-y, os quais resultaram em deformadas. Foram realizadas análises comparativas entre as deformadas obtidas através do Ftool e inclinômetro. Por fim, foram comparados os resultados das deformadas obtidas pelos dois softwares. A modelagem numérica por elementos finitos realizada através do ABAQUS mostrou bons resultados quanto a escolha da definição de contato e modelo de previsão de comportamento utilizado. O refinamento de malha e módulo de elasticidade mostraram uma influência significativa nos resultados das curvas F versus δ. Os resultados foram satisfatórios quando comparados aos resultados de ensaios de provas de carga. A modelagem realizada através do Ftool utilizou de métodos para derivação do coeficiente e módulo de reação horizontal. As curvas p-y possibilitaram variar o módulo de acordo com a profundidade, enquanto os métodos de Terzaghi (1955) e Bowles (1977) consideram o módulo constante. O método de Bowles (1977) foi avaliado para C=40 e C=20, sendo que para C=20, o valor do módulo praticamente se igualou ao encontrado por Terzaghi (1955). Considerando os deslocamentos na superfície, o método de Terzaghi (1955) foi o que mais se aproximou do resultado de campo apresentando uma diferença de 46% dos resultados do inclinômetro. Quando comparados os resultados das deformadas obtidas pelos dois softwares com os resultados do inclinômetro, observou-se que, nas profundidades iniciais os resultados não apresentaram boa similaridade ao encontrado em campo em termos de magnitude dos deslocamentos, podendo ser resultado de algumas simplificações adotadas. No entanto, de uma maneira geral, as tendências de comportamento são bem reproduzidas por qualquer dos processos utilizados. Além disso, comparando os deslocamentos na superfície obtidos por ambos os softwares, os resultados encontrados por Terzaghi (1955) apresentaram o menor erro, sendo este de aproximadamente 23% dos obtidos pelo ABAQUS, concluindo que, quando a análise for mais simples e/ou preliminar, pode-se utilizar o Ftool desde que utilizando um método adequado para derivação do coeficiente de mola.

This work presents a study of methodologies for analyzing deep foundations under lateral loading. The study was carried out through numerical analysis by finite elements through the ABAQUS software and two-dimensional analysis through Ftool. On ABAQUS, two long piles were simulated, obtaining results of F versus δ and deformed piles, which were later compared with results of load tests and inclinometer. In addition, p-y curves were obtained from numerical simulation in ABAQUS, which were used to obtain the horizontal reaction modulus. For analysis in Ftool, we used the coefficient and modulus of horizontal reaction derived from the methods of Terzaghi (1955) and Bowles (1977) and the p-y curves, which resulted in deformed. Comparative analyzes were performed between the deformed obtained using Ftool and inclinometer. Finally, the results of the deformed obtained by the two software were compared. The finite element numerical modeling performed using ABAQUS showed good results regarding the choice of the contact definition and the behavior prediction model used. The mesh refinement and modulus of elasticity showed a significant influence on the results of the F versus δ curves. The results were satisfactory when compared to the results of load tests. The modeling performed through Ftool used methods for the derivation of the horizontal reaction coefficient and modulus. The p-y curves made it possible to vary the modulus according to depth, while the methods of Terzaghi (1955) and Bowles (1977) consider the modulus to be constant. Bowles's (1977) method was evaluated for C=40 and C=20, and for C=20, the modulus value was practically equal to that found by Terzaghi (1955). Considering the displacements on the surface, the method of Terzaghi (1955) was the one that came closest to the field result, presenting a difference of 46% from the inclinometer results. When comparing the results of the deformations obtained by the two software with the results of the inclinometer, it was observed that, in the initial depths, the results did not show good similarity to those found in the field in terms of magnitude of displacements, which may be the result of some simplifications adopted. However, in general, behavioral trends are well reproduced by any of the processes used. In addition, comparing the displacements on the surface obtained by both software, the results found by Terzaghi (1955) showed the smallest error, this being approximately 23% of those obtained by ABAQUS, concluding that when the analysis is simpler and/or preliminary, Ftool can be used as long as using a suitable method for spring coefficient derivation.