Análise de fundações profundas instaladas em taludes de obras portuárias

Abstract

Tendo por enquadramento a importância das estruturas portuárias a nível mundial, e mais especificamente o caso de cais suportados por estacas verticais, esta dissertação tem como principal objetivo o estudo do comportamento das estacas que suportam este tipo de estruturas quando solicitadas horizontalmente. Inicialmente, foi efetuada uma revisão teórica aos conceitos fundamentais, onde são apresentadas duas formas distintas de modelação do solo: modelo do meio discreto e modelo do meio contínuo. De seguida, e ainda dentro do conceito do comportamento do solo, apresentam-se os conceitos gerais relacionados com as curvas de transferência p-y, t-z e Q-z; que descrevem matematicamente as resistências lateral e vertical, por atrito lateral e resistência de ponta, do solo. Para o caso particular das curvas p-y, são ainda apresentadas propostas existentes para determinação deste tipo de curvas, bem como algumas modificações para que estas tenham em conta a influência de superfícies inclinadas. Por fim é apresentado o conceito de efeito de grupo bem como as particularidades inerentes à condição de várias estacas a trabalharem em conjunto Subsequentemente foram desenvolvidos modelos em programas de elementos finitos, FB-Multipier e RS3, onde foram estudados os casos de estacas isoladas instaladas em terreno com superfície horizontal e em talude, e para o último programa foram ainda analisados modelos de estacas em grupo. Posteriormente, foram analisados modelos para sentidos opostos de solicitação horizontal de forma a simular as solicitações mais correntes no cais, o embate das embarcações e a força dos cabos de amarração. Numa fase posterior, são efetuadas comparações aos resultados obtidos onde será possível comparar os resultados para os dois tipos de modelação do solo envolvente. Será também avaliada a influência da superfície inclinada no comportamento das estacas, bem como da variação do sentido da carga aplicada. Finalmente será estudada a influência do encastramento ao nível da cabeça das estacas quando estão a trabalhar em grupo

Taking in consideration the worldwide importance of port infrastructures, especially quays which are supported on vertical piles, this dissertation focuses on the study of these piles’ behavior when loaded horizontally. Initially, a theoretical review on the fundamental concepts was performed, where two different types of soil modeling are presented: the discrete medium model and the continuous medium model. Afterwards and still regarding the soil behavior concept, general concepts of transfer curves p-y, t-z and Q-z, which describe mathematically the lateral and vertical resistance of the soil, for lateral friction and tip resistance. For the particular case of the p-y curves, several existent proposals to determine these type of curves are also presented, as well as some modifications to take in account the influence of sloped ground. Finally the concept of group effect is displayed and also the peculiarities inherent to the condition of several piles working together. Subsequently, models were developed using finite element software, FB-Multipier and RS3, which allowed the study of isolated piles installed in horizontal and sloping ground, and, for the latter program, cases involving piles group were also studied. Afterwards, models with reversing horizontal loads were analysed in order to simulate the most common quay solicitations, vessels pushing against the quay and the force on the mooring lines. In a later stage, comparisons are made to results achieved where it is possible to compare the results for both types of modeling the surrounding soil. It will be also evaluated the influence on the behavior of the sloped ground of the piles as well as the variation in the direction of the applied load. Finally we will study the influence of embedding at head level when the piles are working in group.