Utilização de campos aleatórios na previsão de deslocamentos em estacas transversalmente carregadas

Abstract

Utilização de Campos Aleatórios na Previsão de Deslocamentos em Estacas Transversalmente CarregadasResumo: O solo é um composto de materiais que se organizaram ao longo das eras, seguindo o fluxo da natureza na formação e desenvolvimento do planeta, logo, podemos inferir que o solo possui características de natureza aleatória. Estudos recentes têm auxiliando a engenharia geotécnica na compreensão dessa aleatoriedade, fornecendo parâmetros para uma representação matemática do maciço de solo de forma mais consistente e probabilística. Dentro deste contexto, o presente trabalho utiliza a teoria dos campos aleatórios aliada ao método dos elementos finitos, para estimar o comportamento de estacas transversalmente carregadas. Foram consideradas duas estacas apresentadas na literatura para análise. Em ambas as estacas, foram inicialmente caracterizados os perfis básicos geotécnicos, a variabilidade espacial foi caracterizada a partir de dados de sondagem, ensaios de piezocone e dilatométricos com medidas sísmicas. A caracterização da variabilidade consistiu em quantificar a variabilidade espacial, do solo que envolve as estacas, por meio da estimativa da escala de flutuação. Com base na caracterização espacial foram gerados diferentes campos aleatórios tridimensionais do parâmetro de interesse utilizando o algoritmo de subdivisão da média local (LAS), de Fenton e Griffiths (2008). Como parâmetro de interesse na análise de variabilidade do solo, considerou-se como variável o módulo elástico E. No trabalho, foi modelado o comportamento de duas estacas utilizando métodos determinísticos e estocásticos, comparando os resultados obtidos com provas de cargas reais, que apresentaram boa aderência entre a previsão do comportamento e o ensaio real, quando comparados os valores médios obtidos pelos modelos. Em relação à utilização dos campos aleatórios observou-se que pequenas alterações na escala de flutuação vertical resultaram em variações das cargas horizontais médias de 1%, e desvio padrão de 1%, para um deslocamento de 25 mm. De forma geral o modelo de caracterização da variabilidade mostrou-se útil para identificar o padrão de comportamento espacial. Essa informação pode ser utilizada em diferentes previsões de desempenho, não se restringindo apenas à análise de capacidade de carga transversal e previsão de deslocamentos. Quanto ao modelo estocástico, em ambos os casos analisados, a diferença entre a estimativa média e a prova de carga real ficou na ordem de 15% de diferença.

Abstract: The soil is a composite of materials that have organized over the ages, following the natural processes in the formation and development of the planet. Thus, we can infer that soil possesses characteristics of random nature. Recent studies have been aiding geotechnical engineering in understanding this randomness, providing parameters for a more consistent and probabilistic mathematical representation of the soil mass. In this context, this work utilizes random field theory combined with the finite element method to estimate the behavior of laterally loaded piles. Two piles from the literature were considered for analysis. For both piles, the basic geotechnical profiles were initially characterized, and variability was assessed based on data from drilling, piezocone tests, dilatometer tests, and seismic measurements. The characterization of variability involved quantifying the spatial variability of the soil surrounding the piles by estimating the fluctuation scale. Based on this spatial characterization, different three-dimensional random fields of the parameter of interest were generated using the Local Average Subdivision (LAS) algorithm developed by Fenton and Griffiths (2008). The elastic modulus (E) was considered the parameter of interest in the soil variability analysis. The behavior of the two piles was modeled using both deterministic and stochastic methods, and the results were compared with real load test data. The comparison showed good agreement between the predicted behavior and actual tests when the average values obtained from the models were compared. In terms of using random fields, it was observed that small changes in the vertical fluctuation scale resulted in variations in the average horizontal loads of 1%, and a standard deviation of 1%, for a displacement of 25mm. Generally, the variability characterization model proved useful for identifying the spatial behavior pattern. This information can be used in various performance predictions, not limited to the analysis of transverse load capacity and displacement predictions. Regarding the stochastic model, in both cases analyzed, the difference between the mean estimate and the actual load test was around 15%.