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This paper provides preliminary results on geothermal energy piles (GEPs) for the thermal climatization of structures founded on the typical tropical unsaturated soil of the central region of Brazil. The research employed a series of prototype simulations of a thermal pile embedded into a calibration chamber with compacted unsaturated soil. It closely simulates the behavior of a (prototype) section from real scale GEPs founded in the geotechnical media of the region, in terms of compactness, mineralogy, water content and thermal variables. One of the on-going thermal tests was numerically simulated with a Multiphysics commercial software to calibrate a model and expand the results to possible scenarios of distinct (laboratory) GEP performance. The analyses will base future simulations of typical foundation layouts for large-scale structures founded on tropical soils of the region to verify the thermal energy efficiency under average operational conditions. Besides the known limitations of this research, still at early stage, an initial assessment was achieved to design shallow geothermal systems for local conditions.

This work aims to verify soil-structure interaction (SSI) influence in a high building employing iterative process between CAD/TQS and GARP programs carried out by Bahia (2015). The analysis was performed on a residential building localized in Águas Claras/DF, which presents settlements measurements and loading tests. The work began with modeling the structure, using the CAD/TQS program, considering the rigid supports. With the results of the efforts, the effects on settlements were calculated using GARP software. It was then carried out a retrospective analysis of the structure requirements, with a flexibilization of support data recovered by GARP. This iteration was performed until the convergence of results of load and settlement was achieved. The effects of the ISE were verified for the first floors of the building. The largest variations were the normal stress (Fz) of 0.7 kN in P216 at the end of the 2nd floor; from the moment in x (Mx) of -118.3 kN.m in P216 at the end of the 1st floor and from the moment in y (My) of -0.7 kN.m in P221 at the end of the 1st floor. In the settlements, the results were closer to the monitoring settlements after SSI. However, the average relative change is still high, reaching -38.9%. The results have shown to be satisfactory, as recent research indicates a similar decrease of settlement when considering the SSI, besides the increase in stresses. Este trabalho apresentou como objetivo verificar a influência da interação solo-estrutura (ISE) em um edifício alto por meio de um processo iterativo entre os programas CAD/TQS e GARP realizado no trabalho de Bahia (2015). Para isso, escolheu-se uma edificação residencial, localizada em Águas Claras/DF, com dados de controle de recalques e provas de carga. Iniciou-se a modelagem da estrutura, com a utilização do programa CAD/TQS, considerando os apoios indeslocáveis. Com os resultados dos esforços obtidos foram calculados os recalques das fundações por meio do software GARP. Em seguida, procedeu-se a retroanálise dos esforços da estrutura, flexibilizando os apoios com os dados de recalque obtidos pelo GARP. Esta iteração foi realizada até que a convergência dos resultados de carregamento e recalque fosse alcançada. Os efeitos do ISE foram verificados para os primeiros andares do edifício. As maiores variações foram do esforço normal (Fz) de 0,7 kN no P216 ao final do 2° pavimento; do momento em x (Mx) de -118,3 kN.m no P216 ao final do 1° pavimento; do momento em y (My) de -0,7 kN.m no P221 ao final do 1° pavimento. No caso dos recalques, os resultados se aproximaram mais aos do monitoramento de recalques após a ISE, porém a média da variação relativa ainda foi alta, atingindo -38,9%. Os resultados se mostraram satisfatórios, visto que pesquisas recentes têm apresentado diminuição de recalques, considerando a ISE, e aumento dos esforços.

This thesis addresses the analytical interpretation of selfboring pressuremeter testing curves in sands. Emphasis is placed on the development of a new approach to analyze the data and hence to derive reliable predictions of the basic soil parameters, namely the friction angle, the lateral stress and the shear modulus. The new methodology of interpretation relies on a “curve fitting” technique to match the experimental and idealized (model) curves, from which a set of fundamental soil parameters are derived. These parameters are linked to each other in the framework of the cavity expansion model adopted. Some of the elasto-plastic models currently available are adopted for use under the new methodology of interpretation. A new model that extends the rheological equations of Hughes et al, 1977 is also developed. Pressuremeter tests under controlled conditions are analyzed in order to verify the basic assumptions of the chosen models. Some of the best calibration chamber data from the University of Cambridge (Fahey, 1986) and from the Italian ENEL-CRIS laboratory (Bellotti et a!, 1987) are used for this purpose. Once the reliability of the chosen models is established, the new methodology of interpretation is applied to field pressuremeter data. Several high quality tests carried out by the writer in a granular site in Vancouver, Canada are analyzed. The results of both field and chamber tests confirm the reliability of the new interpretation approach proposed here. The new interpretation approach also provides the engineer with a technique to numerically quantify the disturbance of the testing curve. Using the new disturbance criterion ranges for “undisturbed”, “disturbed” and “highly disturbed” testing curves are proposed. This criterion aided in the establishment of the insertion procedure of the UBC selfboring pressuremeter, allowing optimization of the insertion technique and minimization of soil disturbance during selfboring. It is believed that the contribution given in this thesis aids pressuremeter practitioners to design more economical engineering works based on reliable soil parameters derived from the selfboring pressuremeter test. Simplicity and reliability are the essential features of the proposed methodologies of insertion, testing and interpretation described herein.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-04-25T18:10:10Z No. of bitstreams: 1 166985.pdf: 6631540 bytes, checksum: 7e57937ccf146ae4bb6b9c565c7fb3bc (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-25T18:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 166985.pdf: 6631540 bytes, checksum: 7e57937ccf146ae4bb6b9c565c7fb3bc (MD5) Previous issue date: 1988-09 O presente trabalho apresenta a análise da ruptura de um aterro de lixo e entulho, indiscriminadamente lançado sobre um depósito de argila mole do Caju/RJ. Ensaios de caracterização completa e granulometria foram executados com vistas ao total conhecimento das características do material estudado, dando subsídios à comparação com outras argilas já conhecidas. Ensaios mais específicos, como ensaios oedométricos, de palheta de campo e de laboratório e triaxiais, também foram realizados. Análises de estabilidade via tensões totais são apresentadas, procurando-se determinar qual foi a parcela de resistência mobilizada no aterro e solo de fundação durante a ruptura, tendo-se concluído que para uma coesão no aterro entre 0 e 20 kPa, a razão entre os valores de Su retroanalisados e os de Su in situ pós-ruptura situa-se numa ordem de grandeza equivalente à sensibilidade da argila. This dissertation presents the analysis of an embankment failure on a soft clay deposit in the district of Caju/RJ. The embankment consists of a sanitary fill. Index tests were performed to obtain the geotechnical characteristics of the soft clay material, wich were compared with another well known clays. Oedometer tests, in situ and laboratory vane tests, and triaxial tests, were also carried out. Total stress stability calculations were carried out in order to back analyse the failure and to obtain the mobilized strenght at both the fill and clay foundation. It was concluded that for an embankment cohesion of 0 to 20 kPa, the ratio between the back analysed Su and the in situ post-failure Su has a magnitude similar to the soft clay sensitivity.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, 2016. Os sistemas de fundação denominados radier estaqueado (RE), estão sendo cada dia mais utilizados para edificações de altura média (até sete níveis), construídos em solos moles submetidos a processos de subsidência pela mudança nas condições internas de tensões. Estas mudanças acontecem especialmente pela variação da poropressão como consequência da extração de água e da perda da recarga dos aquíferos. A pesquisa apresentada tem por objetivo avaliar o comportamento destes sistemas RE, quando assentes em argilas moles, em processo de adensamento devido ao peso da estrutura e ao abatimento da poropressão gerado pelo bombeamento de água das camadas permeáveis profundas. Pretende-se que a pesquisa seja o ponto de partida para um melhor entendimento do comportamento, e que no futuro permita a proposição de uma metodologia simplificada de análise, que leve em conta os fenômenos de atrito negativo. O trabalho experimental foi realizado com o uso de modelos em escala reduzida na centrifuga geotécnica. Foram utilizados dois equipamentos que permitiram trabalhar em diferentes escalas para obter as respostas de recalques, poropressão ao interior do solo, e distribuição da carga no sistema, em condições controladas de presença de água. Como resultado da pesquisa foi determinada a influência do número e espaçamento das estacas na resposta do radier, demonstrando-se que, normalmente, grupos de estacas com maior espaçamento controlam melhor os recalques. No entanto, os recalques são maiores quando o solo é submetido a um processo de abatimento das poropressões, se comparado com recalques medidos em condições de poropressão constante (ou somente afetados pelo carregamento). Observou-se que existe um número de estacas além do qual os controles no recalque se apresentam insignificantes. Foi possível observar também, que pelo processo de abatimento das poropressões, o radier perde parcialmente o contato com o solo e transmite uma carga maior às estacas que formam parte do sistema RE. Assim, se as estacas foram projetadas para trabalhar muito próximas da carga ultima, estas poderiam atingir a carga de ruptura e acontecer a falha geral do sistema. The Piled Raft Foundations systems (PRF), are commonly used for medium height buildings (up to seven levels), built on soft soils subjected to subsidence processes by changing the internal conditions of stress. These variations are especially related to the change in pore water pressure as a result of water extraction and loss of groundwater recharge. This research aims to evaluate the behavior of PRF systems, built on soft clay in consolidation process due to the structural loads and the reduction of the pore water pressure generated by pumping water from deep permeable layers. It is intended that the research is the starting point for a better understanding of the system PRF behavior and that in the future, allow the proposal of a simplified method of analysis that takes into account the negative friction phenomena. The experimental work was performed using reduced scale models in geotechnical centrifuge. Two devices operating at different scales for the evaluation of settlement, pore water pressure within the soil and the load distribution in the system, under water controlled conditions. As a result of this research, was determined the influence of the number and spacing of the piles in PRF response, demonstrating that typically, piles groups with greater spacing have a more effective settlement control. Moreover, settlements are larger when the soil is exposed to a reduction process of pore water pressure, if compared with settlement measured under conditions of constant pore water pressure (or only affected by the load). It was observed that there are a number of piles beyond which settlement controls are negligible. Further, due to the reduction process of pore water pressure, the raft partially loses contact with the soil and therefore transfers a higher load to the piles into the PRF system. Thus, if the piles are designed to work very close to the ultimate load, the risk of a total system failure is greater.

Orientador: Paulo Jose Rocha de Albuquerque Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Nesta pesquisa, analisou-se o comportamento de quatro radiers estaqueados, executados a partir de conjuntos de blocos compostos por estacas mecanicamente escavadas a trado, com 5 m de comprimento e 0,25 m de diâmetro (D), executados em solo de diabásio da região de Campinas/SP. Para tanto, foram executados blocos de fundação tipo radier estaqueado, compostos de uma, duas, três e quatro estacas, espaçadas de 5D. Esses blocos de fundação foram ensaiados a partir de provas de carga do tipo estática e lenta (SML), seguindo as prescrições da NBR12131/2006. As estacas foram instrumentadas em profundidade com strain-gages posicionados no topo e na ponta, com a finalidade de avaliar o mecanismo de distribuição de carga em profundidade, assim como avaliar as parcelas de contribuição de cada elemento (estaca e radier) na capacidade do radier estaqueado. Para melhor entender o comportamento desse tipo de fundação utilizou-se de análises tridimensionais (3D) por elementos finitos, por meio do software LCPC-Cesar. O modelo constitutivo utilizado foi de Mohr-Coulomb, que leva em consideração o comportamento elastoplástico do solo. Os resultados experimentais apontaram uma contribuição média devido ao contato radier-solo de 21% e 79% devido às estacas (lateral + ponta), em relação à capacidade total delas. Os resultados numéricos, justificados pela dificuldade em representar o efeito de escorregamento do contato entre o elemento de fundação e o solo, demonstraram maior participação pelo contato (36%) e menor parcela devido às estacas (64%). As análises numéricas de grupos de estacas, comparadas aos radiers estaqueados, demonstraram que a maior participação da resistência de ponta é gerada em função da existência do efeito de contato Abstract: This research analyzed the behavior of four piled rafts executed from sets of blocks composed by mechanically augered piles. The piles, with 5m long, 0.25m diameter (D) were executed in diabase soil from the region of Campinas/SP. With this purpose, foundation blocks comprising one, two, three and four piles with spacing of 5D were executed in contact with the soil. These foundation blocks underwent slow maintained load tests (SML) per prescriptions of NBR12131/2006. The piles were instrumented at depth with strain-gages placed at the top and at the tip in order to assess the mechanism of load distribution in depth, and also to asses the percentage of contribution of each element (pile and radier) on the capacity of the piled rafts. To get a better understanding of this type of foundation, three-dimensional (3D) finite element analyses were made by means of the LCPC-Cesar software program. The constitutive model used was the Mohr-Coulomb, which takes the elastoplastic behavior of the soil in consideration. The experimental results indicated a mean contribution via contact of 21% and 79% due to the piles (lateral + tip) in comparison to their total capacity. The numerical results, justified by the difficulty to represent the effect of 'breaking' the contact between the foundation element and the soil, demonstrated greater participation of the contact (36%) and a smaller percentage due to the piles (64%). In comparison with the foundation blocks with contact, the numerical analyses from which the contact was eliminated demonstrated that the greater participation of tip resistance is generated as a function of the existence of the contact effect Doutorado Estruturas e Geotécnica Doutor em Engenharia Civil FAPESP

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019. O alumínio é o terceiro elemento em abundância na crosta terrestre, sendo um dos principais minerais extraídos na região norte do Brasil. O processo de produção do alumínio tem início na extração da bauxita, comumente feita pelo método de lavra em tiras, por meio do decapeamento e empilhamento da camada de solo acima deste minério, conhecida como estéril. Essa camada denominada argila Belterra, ou argila amarela, pode variar de 20 cm a 14 m, com horizontes médios de 10 m, sendo que as pilhas de estéril de bauxita podem chegar a até 20 m de altura. Estudos do comportamento geotécnico desse tipo de material, bem como dos solos tropicais da região norte do Brasil, são limitados na literatura. Sendo assim, este trabalho buscou avaliar os resultados de campanhas de investigação geológico-geotécnica feitas em regiões de pilha de estéril de bauxita e de aterro compactado formado por este material, de modo a caracterizar o solo, estudar o efeito da compactação nas propriedades do material, avaliar o comportamento do mesmo durante o cisalhamento não drenado e comparar resultados de ensaios de campo e laboratório. Foram analisados ensaios de Sondagem a Percussão (SPT), Cone (CPT), Piezocone (CPTU), Palheta (Vane Test), Triaxial CIU, Adensamento, Caracterização e Compactação. Os principais resultados obtidos mostraram que o estéril de bauxita pode ser classificado como um material fino, silto-argiloso de alta plasticidade. Em estado solto, como pilha, quando saturado e em condição não drenada, apresenta significativa geração de poropressões durante o cisalhamento, mostrando incialmente tendência à contração até alcançar um estado de transformação de fase, a partir do qual se inicia uma tendência à dilatação. Quando compactado, mostrou, em geral, tendência à dilatação durante cisalhamento não drenado, justificando uma análise de estabilidade em termos de tensões efetivas. Em complemento, foram feitas simulações numéricas no software PLAXIS 3D, considerando a execução de uma fundação em radier estaqueado assente sobre aterro composto de estéril de bauxita, considerando o carregamento equivalente ao peso de um tanque de água, de modo a avaliar deformações geradas. A modelagem numérica considerou três espessuras de radier, simulando uma condição rígida, semi flexível e flexível, para quatro configurações de estacas com esbeltezes distintas. Para atendimento ao critério de máximo recalque total admissível, considerando a carga de projeto estabelecida, a configuração de radier flexível, com L/D=40, foi a que apresentou melhores resultados. O estéril de bauxita se mostrou competente como aterro para alguns carregamentos simulados. Aluminum is the third element in abundance in the earth's crust, being one of the main minerals extracted in the northern region of Brazil. The aluminum production process begins with the extraction of bauxite, using the strip-mining method, by stripping and stacking the soil layer above the ore, known as overburden. This layer called Belterra clay, or yellow clay, can vary from 20 cm to 14 m, with average horizons of 10 m, and the bauxite overburden piles can reach up to 20 m in height. Studies of the geotechnical behavior of this material, as well as the tropical soils of northern Brazil, are limited in the literature. Thus, this work aimed to evaluate the results of geological and geotechnical investigation carried out in bauxite overburden piles areas, in order to characterize the soil type, study the effect of compaction on the material properties, evaluate its behavior during undrained shear and compare results of field and laboratory tests. Standard Penetration Tests (SPT), Cone Penetration Tests (CPT), Piezocone Penetration Tests (CPTU), Vane Test, Triaxial CIU, Consolidation, Characterization and Compaction tests were analyzed. The main results obtained showed that bauxite overburden can be classified as a thin, silty clayey material with high plasticity. In a loose condition, as an overburden pile, when saturated and in an undrained condition, it presents significant generation of pore pressure during shear, initially showing a tendency to contraction until reaching a phase transformation state, from which a tendency to dilatation begins. When compacted, it generally showed a tendency to dilatation during undrained shear, justifying a stability analysis in terms of effective stresses. In addition, numerical simulations were performed in the PLAXIS 3D software, considering the execution of a piled raft foundation over a bauxite overburden pile layer, considering a loading equivalent to the weight of a water tank, in order to evaluate the generated deformations. The numerical modeling considered three raft thicknesses, simulating a rigid, semi flexible and flexible condition, for four configurations of distinct piles. In order to attend the maximum allowable settlement, considering the established design load, the flexible piled raft configuration with L/D = 40 presented greatest results. It was concluded that the bauxite overburden is competent as a foundation layer for some simulated loads.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. Os sistemas trocadores de calor acoplados ao solo têm sido usados por anos como sistemas de aclimatização de prédios residenciais e comerciais. Estes sistemas foram adaptados para estruturas de fundação com o fim de trocar energia térmica com o solo. Atualmente, estacas de energia são implementadas em muitos países para substituir parte da energia elétrica e outros tipos de fontes de energia. O Brasil é o nono consumidor de energia elétrica em todo o mundo, onde muita dessa energia é utilizada para o uso de acondicionamento climático. Por esta razão pesquisas relacionadas com estacas de energia no Brasil são estimuladas com o fim de reduzir o consumo de energia elétrica. Testes de resposta térmica têm sido realizados em uma estaca de energia instalada no campo experimental da Universidade de São Paulo na região subtropical de São Carlos. Simultaneamente, se realizaram simulações de sistemas de estaca de energia com propriedades térmicas obtidas durante o ensaio para avaliar o desempenho da troca de calor dos sistemas na região. Para a análise numérica, são avaliados os efeitos térmicos devido à variação em propriedades térmicas do solo e concreto, geometria da estaca, vazão, posição do nível freático de água, espessura da tubulação e temperatura média de entrada. Adicionalmente, se determina o espaçamento ótimo entre estacas para permitir o melhor desempenho das estacas. Em este documento se apresentam resultados e análises de modelos simulados no software COMSOL, utilizando os módulos Heat Transfer e Non-Isothermal Pipe Flow, e com eles, obtendo assim a configuração ótima de trabalho. Foi observada a melhora do comportamento térmico da estaca com o acrescimento dos valores em parâmetros geométricos, o número de tubulações e da vazão em condições de fluxo turbulento. Parâmetros como a espessura da tubulação e condutividade térmica do solo e concreto proporcionam aportes energéticos não muito significativos no resultado da troca de calor da estaca estudada. Ground-Coupled Heat Exchanger Systems has been used as acclimatization system for residential and commercial buildings. This system was adapted to pile foundations in order to exchange thermal energy with the ground. Currently, this foundation system has been implemented in many countries to replace an important part of electrical and other sources of energy. Brazil is the ninth largest consumer of electrical energy in the world, and much of this energy is used for air conditioning. For this reason, researchers in Brazil are investigating the use of energy piles in order to reduce the consumption of electricity. Thermal response tests have been carried out on a heat exchanger pile at the geotechnical experimental site of the University of São Paulo in São Carlos city, region of subtropical climate. Simultaneously, using the thermal properties obtained in these tests, numerical analysis has been performed to investigate the heat exchange performance of energy piles installed in this site in São Carlos. For this numerical analysis, the effect of variations due to soil and concrete properties, pile geometry, groundwater level, pipe thickness and the flow rate on the pile thermal response were evaluated. Additionally, is determined the optimal space between piles that allows a better performance of each pile. The current paper presents the results obtained by the analysis models simulated to found an optimal configuration of an energy pile through the software COMSOL, using Heat Transfer and Non-Isothermal Pipe Flow modules. From this work, it was observed that the optimal configuration was obtained for a turbulent flow condition in piles with greater length and diameter. The effects of thickness in pipe, the thermal conductivity of the surrounding soil and concrete were not very influential on the thermal performance of the heat exchanger pile.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). O estudo de estruturas reforçadas por meio de solo grampeado é muito relevante uma vez que é uma técnica cada vez mais utilizada, como solução de diferentes problemas de engenharia, em especial no Brasil. Um problema atrelado a esta técnica reside na determinação, ainda em fase de projeto, dos deslocamentos horizontais que ocorrerão devido à obra. Na prática da engenharia, os deslocamentos são estimados utilizando Método dos Elementos Finitos (MEF) em deformações planas (2D), que podem produzir resultados distantes do observado na realidade. Uma vez que estes deslocamentos possuem um valor limite que não deve ser ultrapassado, é necessário estimá-los com melhor precisão, entendendo melhor as ferramentas numéricas. Tem como objetivo determinar uma possível relação entre deslocamentos calculados por elementos finitos bidimensionais e tridimensionais, além de determinar a influência das inclusões verticais no comportamento do maciço e da obra em si, utilizando para isso um caso real de campo. Neste estudo de caso, o deslocamento lateral medido é da ordem de 0,023%H, em que H é a profundidade da escavação, enquanto que análises por MEF bidimensionais sugerem deslocamentos horizontais da ordem de pelo menos 0,5%H. Foi realizada uma análise de sensibilidade para determinar quais parâmetros mais influenciam o deslocamento. Além disso, o estudo comparou resultados obtidos por meio de análises de MEF bidimensionais e tridimensionais para este caso. Chega à conclusão que o Módulo de Young (E) e o Coeficiente de Empuxo no Repouso (K0) são os dois parâmetros que mais influenciam tais deslocamentos. Este estudo mostra que o Modelo Constitutivo elástico perfeitamente plástico de Mohr Coulomb não é adequado para a simulação deste tipo de estrutura, que apresentam deslocamentos muito pequenos, sugerindo o modelo de Hardening Soil (Schanz, et al. 1999) como alternativa viável. Comparado à análise 3D, a análise 2D apresentou deslocamentos horizontais significativamente maiores, o que levou à conclusão de que a análise 2D em MEF não é adequada para previsão de deslocamentos laterais a não ser que seja utilizado um Fator de Redução (FR) que varia de 0,4 a 1,0. O FR é função da Largura (L) pela Profundidade (H) de escavação (L/H) e é válida apenas para este estudo de caso, exigindo mais dados e estudos de outros solos grampeados para se tornar válido para uma gama maior de solos grampeados. The study of Soil Nail Structures is very relevant once it is a construction technique used in a broad variety of situations, especially in Brazil. One issue involving the technique is estimating the lateral displacements in the designing level, before the construction. It is common to use, in practical engineering, the Finite Element Method (FEM) with plain strain consideration, which is a two-dimensional solution, that could lead to distant results observed in practice. Once those displacements have a superior limit boundary, it is necessary to estimate them accurately, with a better understanding of the numerical tools available. The main goal is to determine a possible relation between displacements obtained by two and three-dimensional FEM tools, and to determine the influence of vertical inclusions in the behaviour of the soil mass, using for that a real field case. In this study case, the measured lateral displacement is about 0,023%H, in which H is the depth of excavation, while traditional 2D FEM analysis suggested that the lateral displacement should be at least about 0,5%H. A sensitivity analysis was conducted to determine which parameters influenced the most lateral displacements. Furthermore, the study compares results obtained in 2D and 3D FEM analysis for this case. It concludes that the Young Modulus (E) and the Coefficient of Earth Pressure at Rest (K0) are the two most important parameters influencing the displacements. The study shows that the Mohr-Coulomb Constitutive Model is not adequate for modelling this kind of structure, suggesting the Hardening Soil Model (Schanz et al., 1999) instead. Moreover, 2D analysis presented larger displacements when compared with the 3D analysis, which led to the conclusion that 2D MEF analysis is not adequate for prediction of lateral displacements unless one uses a Reduction Factor that ranges from 0,4 to 1,0. The Reduction Factor is a function of the Lateral Width over Excavation Depth (L/H), and is valid to the this case study, requiring more data from other soil nail cases to become valid for a broader range of soil nailing situations.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. A capacidade de carga de uma fundação sobre estacas é governada pelas propriedades iniciais e o estado do solo ao redor da estaca depois da instalação desta. As estacas de deslocamento, durante sua instalação, modificam as tensões e a densidade do solo e, portanto o seu estado. No entanto, esta mudança das propriedades e do estado do solo ainda não é bem conhecida. Neste trabalho utilizou-se o método numérico chamado Método do Ponto Material para simular o processo de instalação de estacas. Para isto foi primeiramente estudado e validado o código NairnMPM que se baseia nesse método numérico. Algumas implementações precisaram ser realizadas no código para simular materiais com comportamento mais parecido com o solo. Foram implementados e validados os modelos constitutivos Cam Clay modificado e Subloading Cam Clay. Para a validação do código numérico e dos modelos implementados no caso da cravação de estacas foram realizados várias simulações. Na primeira delas, o processo de cravação de uma estaca em condições não drenadas foi simulado e comparado com o método de trajetória de deformações superficiais (SSPM), posteriormente foi realizada a simulação de um ensaio a escala reduzida da cravação de uma estaca em areia seca. Além destes, foi realizada a simulação de um ensaio em centrífuga da cravação de uma estaca em areia seca. De forma geral, as validações realizadas mostram a capacidade da ferramenta numérica de simular o processo de cravação da estaca e as variações de tensões que surgem no contorno desta. No final, foi realizada uma análise paramétrica do processo de cravação de estacas e obtiveram-se conclusões sobre os fatores que mais influenciam neste processo. Por fim, conclui-se que as análises do processo de instalação de estacas podem levar a projetos otimizados, uma vez que estas análises conseguem capturar fenômenos que não são observados quando as análises partem da estaca já introduzida no solo. The bearing capacity of a deep foundation is controlled by the initial properties of the soil and the state of the soil after the installation of the pile. During its installation, displacement piles modified the stresses and the density of the soil. As a consequence, the state of the soil is modified as well. However, the way in which the properties and the state of the soil are modified is still not well known. This problem involves complex boundary conditions avoiding the development of analytical solutions. Numerical methods are a useful alternative to face this problem. In this work, the Material Point Method was the numerical method used for the simulations of the pile installation. Simulations were made using the NairnMPM code, which is based on the Material Point Method. The code was firstly validated using benchmarks available on literature. In order to simulate the behavior of soil, the Modified Cam Clay model and the Subloading Cam Clay model were implemented and validated. To validate the numerical code and the implemented constitutive models for the case of pile installation, some simulations were done. In the first one, a pile drive in undrained conditions was simulated and compared to the Shallow Strain Path Method. After that, a small scale pile drive test in dry sand was simulated. In addition, a pile drive centrifuge test in dry sand was simulated. In general, the validations show the capacity of the numerical tool to simulate the pile drive process and the stress variations that arise in the pile boundary. A parametric analysis of the pile drive was done and some conclusions about the factors affecting this processes were obtained. Finally, it was concluded that the analysis of the pile installation may lead to optimizing projects since this analysis captures features that cannot be observed when the analysis began with the pile introduced in the soil.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Silos graneleiros são estruturas construídas com a finalidade de garantir a preservação e durabilidade de produtos agrícolas armazenados após o período de safra. A estrutura dos silos impõe ao terreno um carregamento rápido e cíclico, o que por muitas vezes podem comprometer os requisitos de segurança, devido as altas deformações que ocorrem no terreno. Sendo assim, em muitos casos são necessárias técnicas de melhoria do sistema de fundações que garantam a estabilidade sem comprometer a completa operacionalidade dos silos. Entre estas técnicas, ganha espaço no cenário atual o sistema em radier estaqueado, que consiste no estaqueamento da laje de fundo dos silos. Neste contexto, o presente trabalho analisa a viabilidade técnica da utilização do radier estaqueado para obras de silos. Em uma etapa preliminar, procedeu-se uma simulação das safras referentes a dois anos de um conjunto real de oito silos graneleiros por meio do programa GARP. Para esta fase, o programa demonstrou-se eficaz em simular a situação de primeiro carregamento do solo, porém para a fase de novo carregamento, a análise por meio do software não foi suficiente para a correta modelagem. Em uma etapa posterior, realizou-se uma análise paramétrica como forma de avaliar a influência da variação dos parâmetros referentes as estacas e radier no comportamento do sistema. Para tanto, variou-se o número de estacas, configurando em sete casos de estaqueamento, e trabalhou-se com distintos diâmetros e comprimentos destas, assim como espessuras de radier. Os resultados obtidos mostraram que a influência da variação dos parâmetros geométricos das estacas, diâmetro e comprimento, apresentou-se de maneira mais notória em termos de redução de recalques totais, distorção angular e carga nas estacas. Considerando a variação da espessura do radier, a maior influência apresentou-se para distorção angular e momento fletor atuante na laje de fundo. De maneira geral, constatou-se que o aumento do número de estacas sob a laje de fundo acarretou em um efeito benéfico para o desempenho técnico do conjunto, de forma que, a partir de certa quantidade de estacas, houve redução deste efeito, podendo assim ser escolhido um número ótimo de estacas para o projeto que atendesse todos os critérios necessários para garantir a segurança e adequada operacionalidade dos silos. Bulk grain silos are structures constructed with the purpose of ensuring the preservation and durability of agricultural products stored after the harvest period. The structure of the silos imposes a rapid and cyclical load on the ground, which can often compromise safety requirements due to the high deformations occurring on the ground. Therefore, in many cases, techniques for improving the foundation system are necessary to guarantee stability without compromising the complete operation of the silos. Among these techniques, there is a space in the current scenario, the piled raft system, which consists of piling the bottom slab of the silos. In this context, the present work analyzes the technical viability of the use of the piled raft system for silo constructions. In a preliminary stage, a simulation of the two-year harvests of a real set of eight grain silos was carried out through the GARP program. For this stage, the program proved to be effective in simulating the situation of first loading of the soil, but for the new loading period, the analysis through the software was not sufficient for the correct modeling. In a later stage, a parametric analysis was performed as a way of evaluating the influence of the variation of the parameters related to the piles and raft in the behavior of the system. In order to do so, the number of piles was varied, setting in seven cases of piling, and worked with different diameters and lengths of these, as well as thicknesses of raft. The results showed that the influence of the variation of the geometric parameters of piles, diameter and length, was most noticeable in terms of reduction of total displacement, angular distortion and load on the piles. Considering the variation of raft thickness, the greatest influence was presented for angular distortion and bending moment acting on the bottom slab. In general, it was verified that the increase in the number of piles under the bottom slab resulted in a beneficial effect for the technical performance of the system, so that, from a certain amount of piles, this effect was reduced, thus an optimal number of piles for the project would be chosen that would meet all the necessary criteria to guarantee the safety and adequate operation of the silos.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. Na norma Brasileira encargada de fixar as condições exigíveis para a execução de tirantes, a NBR-5629 (1996), apenas as especificações sobre a análise de estabilidade interna são tratadas, ficando ao critério e experiência do engenheiro projetista da obra o método de cálculo a utilizar. Neste contexto, com o fim de avaliar e comparar as metodologias que atualmente são utilizadas para determinar a estabilidade interna de cortinas atirantadas, neste trabalho foram empregados os métodos analíticos de equilíbrio limite das cunhas: Nunes & Velloso (1963), Ranke & Ostermayer (1968) e Hoek & Bray (1981), além do Método dos Elementos Finitos (MEF), por meio de um estudo de caso no Rio de Janeiro. Complementarmente, foi avaliada a influência do modelo estratigráfico adotado no comportamento mecânico do solo e das estruturas. A partir da implementação dos métodos para a previsão da estabilidade interna, pode-se concluir que o método de Ranke & Ostermayer (1968) foi o método mais conservador no cálculo do fator de segurança global. Para cortinas ancoradas por uma ou duas linhas de tirantes, os maiores fatores de segurança por tirante foram fornecidos pelo MEF e os menores foram obtidos pelo método de Ranke & Ostermayer (1968). Em comparação ao MEF, os métodos de Nunes & Velloso (1963) e Hoek & Bray (1981) fornecem fatores de segurança muito menores. Os resultados da simulação numérica do modelo geotécnico desenvolvido nesta pesquisa mostraram a importância de considerar-se uma estratigrafia mais realista. Neste sentido, foram observados nas análises uma diminuição significativa dos deslocamentos horizontais e totais na cortina e dos recalques na superfície do terreno, além de uma melhoria dos fatores de segurança. The Brazilian standard, NBR-5629 (1996), in charge in stablish the condition requires for the execution of anchored walls, only the specifications on the internal stability analysis are treated, being a criterion and experience of the engineer the method of calculation to use. In this context, in order to evaluate and compare the methodologies currently used to determine the internal stability of anchored wall, in this work, the analytical methods of wedge limit equilibrium were used; Nunes & Velloso (1963), Ranke & Ostermayer (1968) and Hoek & Bray (1981), in addition to the Finite Element Method (MEF), through a case study in Rio de Janeiro. The influence of the stratigraphic model adopted on the mechanical behavior of soil and structures was evaluated. From the implementation of the methods for predicting internal stability, it can be conclude that the method of Ranke & Ostermayer (1968) was the most conservative method for the global safety factor estimation. For curtains anchored by one or two rows, the major safety factors per tie are provided by the MEF and the smaller ones were obtained by the method of Ranke & Ostermayer (1968). Since these are simple methods with many simplifications, the Nunes & Velloso (1963) and Hoek & Bray (1981) methods provide much lower safety factors than those calculated by MEF. The results of the numerical simulation of the geotechnical model developed in this research show the importance of considering a more realistic stratigraphy. In this sense, a significant decrease in horizontal and total displacements in the curtain and vertical displacement at the surface was observed, as well as an improvement in safety factors.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. Desde a década de 1980 os sistemas de estacas trocadoras de calor são utilizados para fins de aquecimento e/ou resfriamento de edificações, sendo utilizados primeiramente em países europeus e hoje difundidos também em países da Ásia e América do Norte. A proposta de um sistema de acondicionamento de ambientes econômico e sustentável chamou atenção para o caso do Brasil, um país que passa por dificuldades energéticas e com alta demanda de acondicionamento térmico em maioria de seu território. Esta pesquisa dá seguimento ao segundo trabalho realizado no país neste segmento, uma dissertação de mestrado intitulada Validação do ensaio TRT para o estudo paramétrico da troca de calor de uma estaca de energia em um solo tropical realizada também pela Universidade de Brasília (UnB). Por meio de simulações numéricas utilizando-se o software COMSOL Multyphysics v5.2, foram simuladas diferentes configurações de blocos de estacas, comuns na prática construtiva do Distrito Federal Brasileiro. Uma extensa pesquisa geológico-geotécnica do solo do Campo Experimental da Universidade de Brasília (UnB) possibilitou o cálculo dos parâmetros térmicos deste solo escolhido como representativo do Distrito Federal. Com os valores dos parâmetros térmicos, seguiu-se para as simulações numéricas, que variaram as fundações com relação ao número de estacas dos blocos, diâmetro das estacas e voltas na tubulação buscando a melhor configuração para região estudada. Como resultado deste trabalho, concluiu-se que blocos com 4 ou mais estacas e diâmetro de 30 cm e 40 cm, o ideal é a utilização de apenas duas voltas nas tubulações, enquanto para estacas de 60 cm três voltas na tubulação geram máxima troca de calor, porém acredita-se que estas suportariam uma volta adicional. Dentro dos blocos, descobriu-se que as estacas se inter-relacionam termicamente, formando bulbos que quanto mais próximos, menor a troca de calor entre as estacas. Além disso, descobriu-se que o diâmetro das estacas é outro fator importante na troca de calor, pois um bulbo interno se forma interferindo no resultado final. Além destas conclusões referentes aos blocos de fundação, conclui-se também que o solo do Distrito Federal tem alto potencial de troca de calor, sendo um indicativo de viabilidade técnica da tecnologia e incentivo a novas pesquisas no assunto. Since the 80s in the previous century energy piles systems have been used for heating and / or cooling purposes, being primarily used in European countries. Nowadays the technology has spread to other regions as in Asia and North America. The proposal of a conditioning system for closed environments that is economical and sustainable has drawn attention in Brazil, a country that is experiencing energy difficulties and could have a high demand for thermal conditioning in most of its territory. This is a follow-up to the second geotechnical MSc work carried out in the University of Brasília in this segment, i.e. the one titled “Validação do Ensaio TRT para o Estudo Paramétrico da Troca de Calor de uma Estaca de Energia em um Solo Tropical also performed by the University of Brasília (UnB)”. Numerical simulations using the software COMSOL Multyphysics v5.2, permitted that different configurations of foundation blocks were simulated, common in the constructive practice of the Brazilian Federal District. An extensive geological-geotechnical survey of the soil of the Experimental Research Site of the University of Brasilia (UnB), allowed the calculation of the thermal parameters of this soil chosen as representative of the Federal District. With these parameters the next step were the numerical simulations, which varied the foundations with respect to the number of piles of the blocks, diameter of the piles and turns in the pipe, seeking the best configuration for the region studied. As a result of this work, it was concluded that for cap blocks with pile diameters of 30 and 40 cm, the ideal is the use of only two turns in the pipes for blocks with 4 or more piles, while for piles of 60 cm three turns in the pipe generates a maximum exchange of heat. Inside the blocks, it was discovered that the piles are thermally inter-related, forming bulbs that decrease the heat exchange between the piles. In addition, it was found that the diameter of the piles is another important factor in the heat exchange, because an internal bulb is formed interfering in the final result. In addition to these conclusions regarding the foundation blocks, it is also concluded that the soil of the Federal District has a high potential for heat exchange, being technically feasible to be employed in this technology, thus encouraging further research on the subject.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. A estaca Alluvial Anker é um tipo novo de fundação de pequeno diâmetro caracterizada pela rapidez de execução, com vantagens técnicas e econômicas. Neste trabalho, apresenta-se uma avaliação carga-recalque em estacas deste tipo executadas na Argila Porosa de Brasília, aplicando métodos analíticos e semi-empíricos para o cálculo da capacidade de carga axial e recalque para estaca isolada e em grupo. Para tanto, foi executada uma prova de carga estática em uma estaca isolada sem instrumentação e utilizou-se dos resultados de provas de carga estática em grupos sem contato com solo realizadas por Mendoza (2013) em configurações lineares (2 estacas e 3 estacas) e retangulares (4 estacas, 5 estacas e 6 estacas) com diâmetro de 0,20m e comprimento igual a 8,0m para todas as estacas, incluindo a isolada. A prova de carga executada na estaca isolada forneceu a curva carga-recalque característica de um comportamento de estaca escavada e foi analisada por diferentes metodologias para-se estimar a carga última definida em 424kN. Além disso, tentou-se separar as contribuições de atrito lateral e de ponta com metodologias como Décourt (2008) e Valencia & Camapum (2011), tendo sido estimados valores de 92% para o atrito lateral e 8% para ponta, em média. Os parâmetros geotécnicos utilizados foram obtidos a partir de ensaios in-situ (SPT, SPT-T, DMT e triaxiais), realizados no Campo Experimental da SOLOTRAT Engenharia Geotécnica Ltda., detalhado no trabalho de Mendoza (2013). Os resultados da eficiência experimental foram agrupados de acordo com o tipo de configuração, tendo sido constatada uma eficiência média de 0,87 em configurações lineares, e 0,99 nas configurações retangulares. Verificou-se uma alta dispersão dos resultados na estimativa da capacidade de carga com os métodos semi-empíricos e observa-se a necessidade de se obter fatores empíricos mais apropriados para estimar a capacidade de carga em estacas escavadas do tipo Alluvial Anker, já que as melhores estimativas foram com fatores equivalente à estaca “Raiz”, que levaram a resultados dentro da faixa admissível adotada de ± 20%. A análise de deslocabilidade (recalque) para a estaca isolada e para os grupos foi realizada com metodologias baseadas na teoria da elasticidade e utilizando o software de elementos de contorno DEFPIG “Deformation Analysis of Piles Groups”. The Alluvial Anker pile is a new type of small diameter bored and injected foundation characterized by the speed of execution, which presents technical and economic advantages. In this work, it will be presented a load-settlement review on piles of this type performed at The Porous Clay of Brasília, where it was applied analytical and semi-empirical methods in order to calculate the axial load capacity and the settlement for single pile and piles groups. To do so, it was performed a static load test in a single pile without instrumentation and it was used the results of static load tests in groups without contact with soil made by Mendoza (2013) in a linear configuration (2 piles and 3 piles) and rectangular (4 piles, 5 piles and 6 piles) with a diameter of 0.20m and a length of 8.0m for all piles, including the single pile. The load test performed on the single pile provided a load-settlement curve characteristic of an excavated behavior, which was analyzed through different methods to estimate the ultimate load defined as 424 kN. In addition, there was an attempt to separate the contributions of shaft resistance and the tip with methodologies such as Décourt (2008) & Camapum Valencia (2011). Those have an estimated value of 92% for the shaft resistance and 8% for the tip, on average. The geotechnical parameters used in the research were obtained from in-situ tests (SPT SPT-T, DMT and triaxial), performed in the Experimental Field of SOLOTRAT Geotechnical Engineering Ltda., detailed in the work of Mendoza (2013). The efficiency of the experimental results is grouped according to the type of configuration that has been noted on an average efficiency of 0.87 in linear configurations and 0.99 in rectangular configurations. There was a high dispersion of the estimated results in terms of the bearing capacity when the semi-empirical methods were used and it is paramount the need of a more appropriate empirical factor to estimate the bearing capacity of Alluvial Anker bored type piles. This occurs because the best estimative were performed by the factors equivalent to a injected type pile, which leads to results within the permissible range adopted of ±20%. The displaceability analysis (settlement) for the single pile and the groups were performed using methodologies based on the Theory of Elasticity and the boundary elements software DEFPIG (Deformation Analysis of Piles Groups).

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. O conceito de radier estaqueado vem sendo cada vez mais utilizado em fundações devido a ocorrência de prédios mais altos, que apresentam maiores cargas concentradas, mas também vem se tornando uma solução viável em pequenos empreendimentos. Desta forma, necessita-se de uma interação entre os elementos constituintes deste sistema para que se tenha um número ótimo de estacas sob o radier a fim de atender critérios de capacidade de carga e recalque admissível. Este aspecto é particularmente importante quando ocorrem defeitos (rupturas ou execução de estacas mais curtas que as projetadas) no sistema de fundação, que gera um fenômeno de distribuição de carga, mudança de fator de segurança e aumento de deslocabilidade imprevisível ao projetista. Um estudo aprofundado do assunto, em verdadeira grandeza, nem sempre é viável o que limita a avaliação destes sistemas sob condições de redução de escala em câmaras de calibração ou sob condições numéricas. Para esta tese de doutorado foram utilizadas placas rígidas e tubos de alumínio para realizar 20 provas de carga em escala reduzida com tensões de 1g assentes em areia sob carregamento vertical, controlados por célula de carga, com o intuito de avaliar o comportamento qualitativo (e prever tendências) de radiers estaqueados com e sem a presença de estacas danificadas para radiers estaqueados de 04, 09 e 16 estacas em tanque de ensaio cilíndrico metálico. Os danos foram simulados pela variação do comprimento das estacas (50%L e 0%L). Para os radiers de 09 e 16 estacas os danos variaram nas posições de canto, borda e centro da placa. Para os radiers sobre 04 estacas, com 25% de estacas danificas, na carga de serviço (50% da carga convencionada a um recalque de 10% do diâmetro da estaca) as fundações já estavam com FS de 1,5, enquanto que para os radiers sobre 09 (11% de dano) e 16 (6% de dano), os fatores de segurança atingiram 1,8 e 1,9, respectivamente. Observou-se também que, desde os níveis iniciais de carregamento, há uma pequena variação da rigidez do sistema, mesmo nos radiers de maior número de estacas, o que permite uma previsão qualitativa da nova situação pós defeito. E isso é claramente evidente a partir dos resultados que evidenciam a diminuição do fator de distribuição de carga (em um dado nível de recalque) com o aumento do número de estacas, embora estacas de diferentes comprimentos mostrem uma tendência similar na distribuição de carga. A tese contribui para o entendimento e a previsão qualitativa, adimensional, de sistemas de fundação radier estaqueado em condições distintas de defeito (posição, geometria do sistema, nível de deslocabilidade/carregamento), entendimento este que serve de base inicial a previsão do comportamento destas fundações quando fisicamente afetadas – e de certa forma à tomada de decisões sobre a eventual necessidade de reforço do sistema de fundações. The concept of piled raft has been increasingly used in foundations due to the occurrence of taller buildings, which have higher concentrated loads, but has also become a economic solution in small building. In this way, an interaction between the constituent elements of this system is required in order to have an optimal number of piles under the raft in order to have a bearing capacity propered and admissible settlement. This is particularly important when defects occur (broken or execution of shorter piles than those designed) in the foundation system, occurs then a new behaviour of load spreads, change of safety factor and unplanned increase of displacement. An in-depth study of the subject in true scale is not always feasible which limits the evaluation of these systems small scale conditions in calibration chambers or under numerical conditions. For this work, therefore, rigid plates and aluminum tubes were used to carry out 20 load tests on small scale with 1g tension on sandy soil under vertical loading, controlled by a load cell, in order to evaluate the qualitative behavior (and predict trends) of piled raft with and without the presence of damaged pile for groups of 04, 09 and 16 piles in a cylindrical metallic test tank. The damages were simulated by the variation of the length of the intacts piles (50% L and 0% L). For the groups of 09 and 16 piles the damages varied in the corner positions, edge and center of the plate. For groups of 4 piles, with 25% of piles damaged, in the service load, the group already had SF of 1.5, while for the groups of 09 (11% damage) and 16 (6% damage), safety factors reached 1.8 and 1.9, respectively. It was also observed that, from the initial levels of loading, there is a small variation of the stiffness of the system, even in the groups with more piles, which allows a qualitative prediction of the new situation of post-defect. And this is clearly evident from the results that show the decrease in the load distribution factor (at a given displacement level) with the increase in the number of piles, although piles of different lengths show a similar tendency in the load spreads. This thesis contributes to the understanding qualitative form, dimensionless prediction of piled raft systems foundation under different conditions of defect (defective pile position, system geometry, level of displacement / loading), an understanding that serves as the initial basis for predicting the behavior of these foundations systems when physically affected - and to a certain extent to making decisions about the possible improve of the system.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. Esta tese de doutorado tem por finalidade investigar a presença e o comportamento de radiers estaqueados, com e sem estacas defeituosas, carregados horizontalmente em solo tropical. Para tanto, foram estudados cinco modelos de sistemas de fundação para análise. O primeiro deles consiste num radier estaqueado de apenas uma estaca intacta. Já o segundo e o terceiro consistem num radier estaqueado com três estacas, com mesma geometria, dimensões e materiais. A única diferença entre o segundo e o terceiro modelo é que um deles possui uma estaca danificada. Também, o quarto e o quinto modelos possuem constituição similar: um radier estaqueado com quatro estacas, com mesma geometria, dimensões e materiais, mas com a diferença que num deles há uma estaca danificada. Cabe informar que todos esses modelos foram construídos e testados sob carregamento vertical antes mesmo deste trabalho e fizeram parte do projeto de pesquisa Fapesp 2011/17959-3. Utilizaram, na época, uma broca helicoidal para construir esses sistemas de fundação, e que as estacas têm as dimensões de 5 metros de comprimento e 25 centímetros de diâmetro. Como parte do trabalho de pesquisa, testes de carga horizontal em verdadeira grandeza foram realizados em cada um dos cinco sistemas, dos quais foi possível obter uma curva experimental p-y para cada um deles. Todo esse trabalho de campo foi feito no campo experimental da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Campinas, SP. O perfil geotécnico da pesquisa lá do campo correspondeu a uma camada de argila limpa (que é porosa, coluvial, laterítica e colapsível), cobrindo uma camada de areia marrom com rochas alteradas. Para avaliar a importância da presença de uma estaca danificada, cada uma das curvas obtidas experimentalmente foi analisada por meio do critério de falha para estudar o efeito da estaca danificada no sistema de fundação. Assim, a carga final e de trabalho para cada sistema de fundação foi determinada usando alguns métodos clássicos de extrapolação e um critério de deslocamento. ix Posteriormente, baseado nos resultados dos testes de campo, foi possível modelar os cinco sistemas de fundação por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), usando o software comercial Abaqus, versão 14.4. A simulação numérica foi bem correlacionada em cada um deles, em relação aos resultados experimentais obtidos a partir das provas de carga em verdadeira grandeza. Por isso, conclusões interessantes foram obtidas quanto aos procedimentos e metodologias envolvidos na análise não-linear numérica 3D, bem como em relação à presença de uma estaca defeituosa. Além disso, a variação no módulo de reação com a profundidade do solo e o comportamento estrutural durante o fenômeno foi estudado para o radier estaqueado de apenas uma estaca intacta. Finalmente, foi possível estudar a interação solo-estrutura para cada sistema de fundação. No que diz respeito às pontas e o radier, o comportamento em diferentes estágios de carga foi avaliado e, para os fustes das estacas de cada sistema de fundação, o comportamento deles foi estudado sob critérios de deslocamento. With the aim of investigating the impact of the presence and engagement of defective piles, a three-dimensional approach to analyzing laterally loaded intact and defective piled raft systems is presented. Five subsurface models are used in the analyses. The first one consists of piled raft with one intact pile. The second and third models consist of a piled raft system with three piles each; they have the same geometry, dimensions and materials, and the only difference between them is that one of them has a defective pile. The fourth and fifth models are a piled raft system with four piles, and like the three-pile systems, the only difference between them is also a defective pile. It is important to emphasize that all the above-mentioned foundation systems were built and vertically loaded prior to this research work, as part of the research project: Fapesp 2011/17959-3. All piled raft systems involved bored piles drilled with helical auger to 5.0 m in depth and measuring 0.25 m in diameter. As part of this research work, a full-scale lateral load test was performed on each of the aforementioned five models, and an experimental p-y curve was obtained for each of them. All those measurement field works were executed at the FEC experimental site of the Campinas University, SP. The geotechnical profile of this research site consists of a silty clay layer, which is porous, colluvial, lateritic and collapsible, overlying a brown silty sand layer with altered rocks. To evaluate the importance of the presence of a defective pile, each of the experimental curves obtained through some failure criteria were analyzed to study the effect of the defective pile in the foundation systems. Thus, the ultimate and works load for each foundation system were determined previously using some classical methods of extrapolation and a displacement criterion. Later, based on the field test results, it was possible to model the five piled raft systems through the finite element method (FEM), using Abaqus commercial software, version 14.4. A numerical simulation was well correlated in each one of them, with respect to the experimental results obtained from the respective full-scale load test. Interesting conclusions xi have been drawn regarding the procedures and methodology involved in 3D numerical nonlinear analysis, as well as in relation to the presence of a defective pile. Moreover, the variation in the subgrade reaction modulus with soil depth and the structural behavior during the phenomenon was studied only for the piled raft with one intact pile. Finally, it was possible to study the interaction soil-structure for each foundation system. Concerning the tips and the raft, the behavior under different loading stages was evaluated, and only for the shaft of each pile of each system was the behavior studied under a displacement criterion set.

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. Esta tese de doutorado aborda a medição de energia com instrumentação dinâmica para o penetrômetro leve conhecido como Dynamic Probing Light ou DPL e cujos ensaios são guiados pela International Reference Test procedure for dynamic probing (DP). Report of the ISSMFE Technical Committee on Penetration Testing of Soils – TC 16 with Reference Test Procedures - ISSMFE (1989). A região central do planalto brasileiro, apresenta extensas áreas com solos de baixa resistência à penetração dinâmica do SPT que resulta no aumento da incerteza para a estimative de carga, baseada nesse penetrômetro dinâmico. A presença no cenário da investigação geotécnica do DPL não se constitui em novidade, mas ainda não se conhece os parâmetros oriundos da medição de energia para esse penetrômetro leve. A medição da energia transferida às hastes do DPL foi feita com o uso de células de carga e acelerômetros. As células de carga foram instaladas em dois pontos: no topo e próximo do cone do DPL. Baseado na Equação da onda, foi empregado o método que considera os registros de força e velocidade no mesmo domínio do tempo, denominado EFV. A eficiência da energia do DPL foi considerada em relação à penetração permanente do cone do DPL. A medida da eficiência de energia conduziu a uma formulação da força dinâmica por penetração permanente do DPL, associada ao comprimento da haste penetrada no solo. Por fim, é apresentado um exemplo prático de aplicação da medida de energia do DPL para a engenharia com a formulação de um método para o cálculo da capacidade carga para estaca. O método tem por base a força dinâmica absorvida pelo solo, considerando o comprimento máximo de haste do DPL em 10 metros de profundidade. This PhD thesis deals with energy measurement with dynamic instrumentation for the light penetrometer known as Dynamic Probing Light or DPL and whose tests are guided by the International Reference Test Procedure for Dynamic Probing (DP). Report of the ISSMFE Technical Committee on Penetration Testing of Soils - TC 16 with Reference Test Procedures - ISSMFE (1989). The central region of the Brazilian plateau presents extensive areas with soils of low resistance to the dynamic penetration of the SPT that results in the increase of the uncertainty for the estimative of load, based on these dynamic penetrometer. The presence in the DPL geotechnical research scenario is not new, but the parameters of energy measurement for this light penetrometer are not yet known. The energy transferred to the DPL rods was measured using load cells and accelerometers. The load cells were installed at two points: at the top and near the DPL cone. Based on the wave equation, the method that considers force and velocity records in the same time domain, called EFV, was used. The energy efficiency of the DPL was considered in relation to the permanent penetration of the DPL cone. The measurement of the energy efficiency led to a formulation of the dynamic force by permanent penetration of the DPL, associated to the length of the rod penetrated in the soil. Finally, a practical example of application of the DPL energy measure for engineering is presented with the formulation of a method for the calculation of the load capacity for cuttings. The method is based on the dynamic force absorbed by the soil, considering the maximum stem length of the DPL in 10 meters of depth.

Diversas obras estão sujeitas a grandes esforços laterais, tais como, estruturas “off-shore”; estruturas de contenção; fundações de edifícios elevados e de pontes; portos e torres de linhas de transmissão. Com isso, o objetivo geral desta dissertação é avaliar um método empírico para a previsão de esforços internos em estacas carregadas lateralmente, o qual é baseado nos ensaios Standard Penetration Test (SPT), tornando o uso deste método mais simples. Para realizar este estudo, foram utilizadas as ferramentas numéricas DIANA, baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), e o programa Microsoft Office Excel, no qual foi implementado o Método das Diferenças Finitas (MDF) e o Método Empírico estudado para a obtenção de esforços internos na estaca (momento fletor, deslocamento e tensões). Foram avaliados casos de estacas isoladas sujeitas apenas a cargas laterais ou a momento fletor, variando-se parâmetros da estaca e as propriedades do solo, simulando solos com diferentes deformabilidades. Realizaram-se três análises para o problema estudado, considerando um modelo elástico-linear: análises paramétricas; comparações entre “meio contínuo” e “coeficiente de reação horizontal”; e avaliação do método empírico. Obteve-se uma relação para a tensão máxima horizontal a partir do índice de resistência à penetração (NSPT). A partir disto, observou-se que, tanto o deslocamento, quanto o momento dependem das propriedades do solo, e que as tensões do solo não variam muito na projeção da estaca. As camadas superiores são as que mais sofrem maior influência do carregamento aplicado na superfície. À medida que a deformabilidade do solo aumenta os esforços internos das estacas diminuem. Existe um comprimento crítico para as estacas. Verificou-se que as relações de Broms (1964) e de Pyke e Beiake (1985) para o coeficiente de reação horizontal do solo são as que melhor representam o comportamento de estacas submetidas a carregamentos horizontais. O método empírico avaliado conseguiu representar bem os casos estudados em relação aos momentos fletores gerados. Foi sugerido qual o comprimento de armação (L0) mais adequado para as estacas em função do tipo de solo e das características geométricas da estaca. Obtiveram-se relações para um coeficiente de proporcionalidade K, relacionando as variáveis necessárias para se estimar a tensão horizontal máxima, sendo este dependente do tipo de solo e das características geométricas da estaca. Several constructions are subject of large lateral forces, for example, “off-shore” structures; retaining structures foundations of high buildings and bridges; ports and towers transmission lines. Thus, the general objective of this work is to evaluate an empirical method for predicting internal efforts in laterally loaded piles, which is based on Standard Penetration Test (SPT), making the use of this method simpler. To conduct this study, it was used the numerical tools DIANA, based on the Finite Element Method (FEM), and Excel spreadsheet, in which the Finite Differences Method (FDM) and the Empirical Method studied to obtain internal efforts at the piles (bending moment, displacement and stress) were implemented. Several cases of isolated piles subject only to horizontal load or bending moment were evaluated, by varying parameters such as the relative length and diameter of the pile; and soil properties, simulating soils with different deformabilities. Three analyzes were performed to the studied problem, considering an elastic-linear model: parametric analyzes, comparisons between "continuous medium" and "horizontal reaction coefficient" and evaluation of the empirical method. Also, it was searched to get a relation for the maximum horizontal stress from the penetration resistance index (NSPT). It was observed that both, the displacement and the bending moment, depend quite on the soil properties, and that soil stresses do not vary much in the pile projection. The soil upper layers are the ones which suffer greater loading influence applied to the surface. As the soil deformability increases, the internal efforts of piles diminish. There is a critical length for the piles. It was checked that relations from Broms (1964) e de Pyke e Beiake (1985) for the horizontal reaction coefficient of soil, which best represent the behavior of piles subjected to laterally loading. The empirical method evaluated could well represent the cases studied in relation to the bending moments generated. It has been suggested that the truss length (L0) most appropriate for the piles in certain types of soils, and this depends on the type of soil and the geometric characteristics of the pile. Relations were obtained for a K coefficient of proportionality, which relates the necessary variables to estimate the maximum horizontal stress, which is dependent on soil type and geometrical characteristics of the pile. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2014. Neste trabalho, objetivou-se ampliar o entendimento a respeito do efeito de grupo, na capacidade de carga e na relação carga-deflexão de grupo de estacas, submetido a carregamento lateral, assente em argila porosa colapsível, a partir da análise de provas de carga existentes de grupo de duas e três estacas e uma prova de carga na estaca isolada para comparar com o comportamento dos grupos de estacas. As provas de carga foram realizadas com o solo na condição de umidade natural e, em seguida, as mesmas estacas foram reensaiadas com o solo pré-inundado por 48 horas. A partir de métodos analíticos, fez-se a previsão da capacidade de carga da estaca isolada, a qual teve razoável concordância com a carga última definida na prova de carga pelo critério da ruptura convencional. Também se avaliou a influência da colapsividade sobre o comportamento do grupo de estacas comparando-se com o comportamento da estaca isolada. Por meio da retroanálise da prova de carga, calculou-se a constante do coeficiente de reação horizontal do solo (ηh) e o módulo de Young do solo (Es). Utilizou-se o método da estaca equivalente ao grupo (GEP) para analisar o comportamento carga versus deflexão do grupo de estacas através do software comercial LPILE Plus V. 5.0, que possibilitou avaliar a influência da rigidez flexional sobre o comportamento das estacas e retroanalisar o fator de eficiência do grupo de três estacas. Por último, são sugeridos procedimento de análise e dimensionamento de grupo de estacas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT This work, has aim to expand understanding of the effect of group, load capacity and load-deflection relationship of group piles subjected to lateral loading, on collapsible porous clay, from the analysis of load tests in the group of two and three piles and a load test on single pile which provided a comparison with the behavior of groups of piles . The load tests were made with the ground at the natural humidity condition and then retest the same piles with pre-flooded soil for 48 hours. From analytical methods became predicting the load capacity of the pile isolated which had reasonable agreement with the last defined load on the load test by conventional criterion of rupture, assessed the influence of colapsividade on the group behavior of piles comparing behavior with single pile. Through back analysis of load test, we calculated the constant coefficient of horizontal soil reaction (ηh) and Young's modulus of the soil (Es). We used the method of the pile equivalent group (GEP) to analyze the load versus deflection behavior of the group of pile through LPILE Plus V. 5.0 commercial software, which allowed us to evaluate the influence of flexural stiffness on the behavior of the group of piles and back analysis the efficiency factor of the group of three piles. Lastly are suggested procedure for analysis and design of group piles.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. A pesquisa exposta a seguir apresenta um estudo do comportamento de cortinas de estacas justapostas assentes na argila porosa de Brasilia, para este fim foi avaliado o comportamento do solo mediante ensaios saturados e não saturados de resistência e deformabilidade, porosimétricos, mineralógicos, de armazenamento de água e estrutura microscópica. A contenção foi instrumentada obtendo dados de deslocamentos e tensões atuantes nos grampos visando ter o comportamento global da estrutura durante o processo executivo, com o objetivo de simular numericamente a resposta não saturada do solo, usando um modelo constitutivo hipoplástico implementado para esta pesquisa e inserido em um programa de elementos finitos (Plaxis 2D) através da opção User Defined Soil Models(UDSM). Os parâmetros do modelo foram calibrados usando element tests apoiados em ensaios não saturados desenvolvidos em Charles University (Praga). O modelo computacional usado leva em conta variáveis relacionadas à interação ambiente-solo, i.e. foram impostas cargas de chuva no modelo para observar a resposta de contenção quando muda a sucção no perfil estratigráfico. Além do caso de análise o modelo constitutivo de referência foi validado considerando outra contenção do DF com similares características. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT This research presents a analysis of the behaviour of pile curtain walls (non secant) founded in the porous clay of Brasilia. The objective was the evaluation of the soil response by means of saturated and unsaturated tests of shear strength, porosimetry, mineralogy, water retention and microscopic structure. The curtain was instrumented to obtain data of the displacements and stresses acting in the anchors, in order to have the global behaviour of the structure during the construction process, allowing the numerical simulation of the unsaturated response of the soil, using a hypoplastic constitutive model implemented for these research and inserted in a FEM program (Plaxis 2D) with the User Defined Soil Models (UDSM)option. The parameters of the model were calibrated using element tests supported in unsaturated lab tests carried out in Charles University (Prague). The computational model used considers variables related to the environmental-soil interaction, i.e. rain loads were imposed in the model to observate the behaviour of the retaining structure where changes in the suction along the stratigraphic profile. Besides of the main studied case, the reference constitutive model was also validated considering another curtain wall in the DF, with similar characteristics for the purpose of evaluate the overall soil conditions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. Neste trabalho estuda-se o problema da interação solo-estrutura, vinculado ao comportamento de fundações profundas tipo estaca isolada, carregadas lateralmente de forma monotônica, empregando a Modelagem Numérica e Constitutiva, a Teoria da Plasticidade e o Método dos Elementos Finitos (M.E.F). Consideram-se as principais deficiências que os métodos analíticos não têm conseguido resolver e empregam-se adequados modelos constitutivos tanto para o solo (Modelagem Geotécnica) como para as estacas (Modelagem Estrutural). Abordam-se os aspectos correspondentes ao processo de Modelagem, Calibração e Validação dos modelos propostos e tratam-se vários temas de interesse referentes às fundações profundas com o objetivo de estudar o seu comportamento. Primeiro trata-se o tema da determinação da capacidade de carga comparando o método analítico de Broms (1964) com os resultados obtidos da modelagem numérica via (M.E.F). Posteriormente realiza-se um estudo de sensibilidade aplicando o método probabilístico (FOSM), considerando os principais parâmetros geotécnicos relacionados com o comportamento tenso-deformacional de estacas carregadas lateralmente. Por último aborda-se o fenômeno da interação solo-estaca considerando o Modelo de Dano Plástico para o concreto (Concrete Damage Plasticity), conseguindo reproduzir o verdadeiro comportamento das estacas para toda a faixa de cargas ao compará-lo com provas de cargas reais. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT This work studies the problem of soil-structure interaction linked to the behavior of deep foundations, monotonic and laterally loaded pile, using Numerical and Constitutive Models, Theory of Plasticity and the Finite Element Method. The present research considered the major deficiencies that the analytical methods have not been able to resolve and used appropriate constitutive models for both, the soil (Geotechnical Modeling) and the pile (Structural Modeling). Aspects for the Modeling Process, Calibration and Validation of the proposed models are discussed and several issues of interest relating to deep foundations in order to improve the understanding of their behavior are studied. Firstly the load capacity is determined comparing the analytical Broms (1964) method with results of the numerical models (M.E.F). Subsequently a sensitivity study using the (FOSM) probabilistic method is performed, considering the main geotechnical parameters involved in the behavior of laterally loaded piles. Finally interaction soil-pile phenomenon is discussed considering the Damage Plasticity Model for concrete, achieving reproduce the true behavior of the piles for the entire load range when compared with lateral load test results.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Esta dissertação apresenta os estudos da comparação entre métodos estáticos e dinâmicos e de previsão de capacidade de carga em estacas pré-moldadas, baseados em dados de uma obra civil em Brasília-DF. Através da extrapolação da curva carga - recalque obtida nas provas de carga estática obteve-se os valores da carga última. Os dados da prova de carga dinâmica foram obtidos através do equipamento PDA e analisados através do programa CASE and CAPWAP. Foram comparados os resultados das provas de carga estática e dinâmica com os cálculos de previsão de capacidade de carga por fórmulas semiempíricas e dinâmicas. Duas campanhas de sondagens ocorreram em estações diferentes (seca e chuvosa) com resultados diferenciados. Foram realizadas seis provas de carga estática que foram executadas após a execução das provas de carga dinâmica. Das estacas ensaiadas apenas uma foi submetida aos dois tipos de provas de carga. A comparação entre a prova de carga estática e a prova de carga dinâmica mostrou para o estudo realizado que a PCD apresenta resultado confiável. Quanto as previsões de carga, os resultados ficaram distantes dos valores da PCE e PCD. Para aproximar esse resultado com o da PCE, foi definido um fator de correção para as fórmulas semi empíricas e fórmulas dinâmicas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT This dissertation presents studies comparing static and dynamic methods and prediction load capacity in pre-cast piles, based on data from a construction project in Brasilia. By extrapolating the curve charge - settlement obtained from the static load tests gave values of ultimate load. Data from the dynamic load test were obtained from PDA device and analyzed using the CASE and CAPWAP. The results of tests of static and dynamic load calculations with the prediction capacity by dynamic and semi empirical formulas were compared. Two campaigns soundings occurred in different seasons (dry and rainy) with different results. Six static load tests that were executed after the execution of dynamic load tests were performed. Only one of the tested piles was subjected to two types of load tests. The comparison between the static load test and dynamic load test of the study showed that the PCD presents reliable result. As the load predictions, the results were far from the values of PCE and PCD. To approximate this result with the PCE, was defined a correction factor for the semi empirical formulas and dynamic formulas.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013. Este trabalho apresenta um estudo do comportamento mecânico de grupos de estacas e Radier Estaqueados com estacas Alluvial Anker na argila porosa do Distrito Federal. Como passo inicial, estudou-se o comportamento mecânico da argila porosa do Distrito Federal por meio de ensaios triaxiais. Das situações expostas, testou-se três modelos constitutivos que levam em conta a estrutura do solo (Elastoplásticos e hipoplástico) e concluiu-se qual é o modelo que melhor descreve o comportamento da argila. Por outro lado, avaliou-se o comportamento mecânico de grupos de estacas e Radier Estaqueados por meio de provas de carga estáticas no campo experimental da empresa Solotrat. Com os dados obtidos, realizaram-se simulações em elementos finitos (FEM) no programa Abaqus implementado o modelo escolhido para descrever o comportamento de argila do Distrito Federal. Como resultados, obtiveram-se a resistência última de grupos de estacas com e sem suporte da placa; os mecanismos de tensões e deslocamentos gerados no Radier Estaqueados; e a contribuição de carga gerada pelo Radier. Ademais, foram realizadas simulações considerando a variabilidade intrínseca do solo e como resultado obteve-se as percentagens de contribuição do Radier no grupo de estacas, o qual pode varia entre 2% e 25% do total da carga última, dependendo da variabilidade do solo. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT This work presents a description of the mechanical behavior of pile groups and piled rafts with Alluvial Anker piles types installed in porous clays of the Federal District of Brazil. The initial stage of the study involve a series of triaxial tests carried out on porous clays to obtain help define its mechanical behavior. Three constitutive models that consider the soil structure (elastoplastics and hypoplastic) were evaluated to predict which one better described the observed clay behavior. Moreover, the mechanical behavior of the pile groups and piled raft were validated by means of static load tests performed in the experimental field of the Solotrat company. Using the obtained data, 3D finite element simulations (FEM) were performed using the software Abaqus. The chosen model was implemented to describe the behavior of the clay of the Federal District. The following data was obtained as a result: the ultimate load of pile groups with and without the addition of the raft, the generated stress and settlement mechanisms, and the contribution of the raft in the piled raft. Finally, simulations were performed considering the inherent variability of the soil. The result was obtained as the percentage contribution of the raft in the piled raft, which may fluctuate between 2% and 25% of the total ultimate load depending on these soil is variability.

CAPES A presente dissertação analisa, em termos do comportamento carga-recalque, um banco de dados organizado por Wilson Cartaxo Soares (2011), de fundações em grupo de estacas e radier estaqueados, executados em solo arenoso de várias camadas da área litorânea de João Pessoa/PB, com 07 provas de carga, estáticas, em estacas do tipo Hollow Auger, construídas em escala real, com 300 mm de diâmetro e 4,5 m de comprimento. Os dados foram retroanalisados com o Método dos Elementos Finitos (MEF 3D), utilizando o programa CESAR-LCPC v4 (Cleo 3D versão 1.07). Na modelagem do comportamento tensão-deformação do solo foi utilizado o modelo constitutivo de Mohr-Coulomb. Os parâmetros geotécnicos iniciais utilizados em cada um desses modelos foram obtidos através de correlações a partir de valores de NSPT obtidos por SOARES (2011). Os resultados dessas simulações numéricas foram comparados com os resultados experimentais, medidos nas provas de carga. Definiu-se os parâmetros geotécnicos do solo a partir da retroanálise por meio da modelagem numérica para serem empregados em futuras simulações no maciço. Análises paramétricas são executadas com o intuito de obter um maior conhecimento do comportamento da fundação em radier estaqueado, usando o modelo elásticoplástico de Mohr-Coulomb. Isso ocorre mediante algumas alterações de sua configuração que inclui a espessura do radier, número, diâmetro, espaçamento e comprimento das estacas embutido no solo. Carga vertical central está sendo considerada para a análise paramétrica. O recalque máximo, recalque diferencial e distorção angular do radier diminuem, com o aumento da espessura do radier, do número, comprimento e diâmetro das estacas.