Transferência de carga na interface solo-concreto de estacas escavadas em solo arenoso

Abstract

O Campo Experimental de Araquari foi desenvolvido com o intuito de investigar os complexos mecanismos de interações entre estacas em um solo arenoso saturado. A partir dessas análises, ficou evidente que tais fenômenos são dependentes diretamente da resistência ao cisalhamento da interface, destacando os seus modelos mecânicos. Autores que abordam tais modelos, sugerem que os fatores mais relevantes para a mobilização de resistência da interface são rugosidade e rigidez da superfície do elemento estrutural, tamanho e formato dos grãos do solo e ainda procedimentos executivos adotados na escavação e concretagem. No entanto, trabalhos pioneiros, e mesmo estudos mais recentes referentes à interface, não abordam aspectos relacionados à tensão residual mobilizada na estaca devido aos efeitos da cura do concreto e sua importância na análise do comportamento de estacas. Nesse sentido, esta pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de estudar e analisar, desde o início do processo de endurecimento do concreto, o comportamento da interface entre areias e o concreto da estaca a partir de ensaios em laboratório, buscando estabelecer as propriedades e parâmetros que se mostram mais relevantes e aplicá-los à reinterpretação da prova de carga da estaca ET02 do Campo Experimental de Araquari, considerando tensões residuais. Foram realizados ensaios de interface em duas areias distintas, Ottawa graded e Araquari, em diferentes tempos de cura (0,5; 3; 6; 9; 12 e 24 horas), e tensões de confinamento (100kPa, 200kPa e 300kPa), além de mensurar o perfil de rugosidade. Os resultados voltados à interface apontam que as medidas de rugosidade crescem com o aumento das tensões confinantes, sendo esse acréscimo mais pronunciado com o aumento do tamanho dos grãos. As relações entre o ângulo de atrito de pico da interface e do solo mostraram-se inferiores à 1 até o período de três horas de cura (fim estágio de endurecimento e início do estágio estável do concreto), tornando-se maiores à após esse tempo. Quanto a avaliação da geração de tensões residuais durante o processo de cura, foi observado que esse efeito é menor do que 10% da carga total na qual à estaca foi submetida. Ademais, conclui-se que o ângulo de atrito do estado crítico é o parâmetro mais adequado para ser utilizado projetos em estacas escavadas em solo arenoso. Ainda que, no que se refere a tensões residuais para pequeníssimas idades do concreto, o ângulo de atrito na interface possa ser menor do que o ângulo de atrito no estado crítico do solo, após o início do processo de endurecimento, a ruptura se dará sempre pelo solo e não mais pela interface.

The Araquari Experimental Testing Site was developed to investigate the complex mechanisms of interactions between piles in a saturated sandy soil. In this sense, it was evident that such phenomena are directly dependent on the shear strength of the interface, highlighting mechanical interface models. Authors who approach such models, suggest that the most relevant factors for the mobilization of resistance of the interface are roughness and stiffness of the surface of the structural element, grain size and shape and, also, executive procedures adopted in the excavation and concreting process. However, pioneering work, and even more recent studies regarding the interface, do not approach aspects related to the residual stress mobilized in the pile due to the effects of concrete curing and its importance in the analysis of the pile behavior. Along those lines, this research was developed with the goal of studying and analyzing the behavior of the interface between sands and the concrete piles through laboratory tests, since the beginning of the concrete curing process, seeking to establish the properties and parameters that are shown more relevant and apply it to the reinterpretation of the load test of the ET02 pile at the Araquari Experimental Field. Interface tests were carried out on two different sands, Ottawa graded and Araquari, at different curing times (0.5; 3; 6; 9; 12 and 24 hours), and confinement stresses (100kPa, 200kPa and 300kPa). In addition, the roughness profile was measured. The results show that the roughness measurements increase proportionally of the confining stresses, being more pronounced with the increase of the grain size. The relationships between the peak friction angle of the interface and the soil up to three hours of curing (end of hardening stage and beginning of the stable concrete stage) are less than 1, becoming greater than 1 after this curing time. During the evaluation of the residual stresses created during the curing process, it was observed that this effect is less than 10% of the total load that the pile was subjected to. In addition, it is concluded that the critical friction angle of the sand must be used in bored piles projects. And yet, regarding residual stresses, for young ages of concrete, the friction angle at the interface may be less than the friction angle in the critical state of the soil. After the beginning of the curing process, the rupture will always occur through the soil and no longer through the interface.