Avaliação da segurança de fundações em estacas escavadas de pequeno diâmetro na região de Bauru/SP via Teoria da Confiabilidade

Abstract

Esta pesquisa apresenta uma abordagem probabilística do projeto de fundações por estacas escavadas via Teoria da Confiabilidade, em que os parâmetros de resistência do sistema estaca-solo e os carregamentos atuantes são considerados como variáveis aleatórias para avaliar a probabilidade de falha de cada estaca do projeto. Dois métodos semi-empíricos de previsão da capacidade de carga foram usados, em conjunto com resultados de ensaios de campo, SPT e CPT para caracterização do solo e definição das incertezas dos parâmetros de resistência do sistema estaca-solo. O método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) foi empregado na avaliação da probabilidade de falha de cada estaca do projeto. O projeto de fundações para um edifício hipotético de três andares em estrutura convencional de concreto armado e instalado em um perfil de solo arenoso é apresentado para mostrar como a abordagem probabilística proposta pode ser aplicada em um caso prático. As distribuições das variáveis aleatórias definidas pelos valores NSPT e CPT, bem como a resistência lateral e de ponta das estacas foram calculadas pelos dois métodos semi-empíricos mais utilizados no Brasil para previsão da capacidade de carga das estacas. As análises de confiabilidade permitiram identificar as diferenças nos métodos de previsão e forneceram a estimativa da probabilidade de falha como medida de avaliação da segurança. Observou-se que os valores obtidos para os índices de confiabilidade e probabilidades de falha associados aos elementos isolados de fundação dependem diretamente da abordagem adotada na determinação da variabilidade dos parâmetros de resistência do sistema estaca-solo. A proposta possibilita ainda que os conceitos de probabilidade sejam incorporados aos métodos de dimensionamento geotécnico, sendo, portanto, uma ferramenta importante na avaliação da segurança e na tomada de decisões, além de discutir os fatores de segurança que podem nem sempre garantir a segurança de uma fundação.

This research presents a probabilistic analysis of bored pile foundations in the design phase via reliability theory, where strength and loads are considered as random variables to assess the probability of failure of it piles. Two semi-empirical predicting methods of pile bearing capacity were employed. Standard Penetration Test (SPT) and CPT were used to site characterization and to define the uncertainties the soil strength parameters. The First Order Reliability Method (FORM) was employed for assessing the failure probability of it pile. The design of the foundation elements for a three floors hypothetical building designed in reinforced concrete and installed in a sandy soil profile is presented to show how the proposed probabilistic approach can be applied in a practical case. The distributions of the random variables defined by the NSPT and CPT values as well as the lateral and tip resistances of the piles were calculated by the two mostly used semi-empirical method in Brazil for bearing capacity prediction. The reliability analysis allowed identify the differences in the prediction methods and provided the probability estimative against security. It was observed that the values for reliability indexes and failure probabilities of isolated foundation elements depend directly on the approach for determining the variability of the pile-soil resistance parameters. The proposal allows the probability concepts to be incorporated into a design method in the foundations projects as an important tool in safety assessment and decision-making, as well as to discuss the safety factors, which not always guarantee the foundation safety