ANÁLISE DAS ENERGIAS DE EXECUÇÃO DE ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA PARA CONFIABILIDADE DAS FUNDAÇÕES

Aliar a tecnologia, teoria e a pratica da engenharia é um dos principais desafios na engenharia de fundação moderna. Quando é considerada a execução de estacas tipos hélice continua, o próprio controle executivo de energia durante a fundação pode se mostrar como uma solução de redução de custo e aumento da produtividade. Esse controle pode também representar uma ferramenta importante para ajudar projetistas e engenheiros a adequar as realidades de campo e de projeto. Assim, após o projetista definir a profundidade de execução da fundação, pode ocorrer na prática de algumas estacas não se comportarem como se espera, assim como uma mudança significativa no maciço do solo de fundação ou até mesmo em apenas uma área específica do terreno. Definindo então uma energia de execução adequada, as estacas podem ser mais curtas (feitas para alcançar um determinado limite de energia), que afeta diretamente os custos e a produtividade. Esse valor de energia não deve ser somente definido, mas também capaz de estar relacionado com a capacidade de carga da estaca para tais medições. No presente trabalho, estudou-se um conjunto de 20 estacas com 3 diferentes diâmetros. Primeiramente, avaliou-se a energia total de execução das estacas. Posteriormente, uma relação entre a energia de execução e o ensaio de simples reconhecimento à percussão SPT. Finalmente a capacidade de carga se mostrou relacionada com a energia de execução, o que melhora a aplicabilidade da metodologia proposta. Tal proposição representa um avanço no controle informatizado da energia de execução e avaliação de desempenho de estacas tipo hélice contínua

Análise experimental de solos característicos do Distrito Federal estabilizados com cal

A utilização do solo natural pode tornar-se problemática a partir do momento em que não se atende às exigências determinadas em projetos de execução de obras geotécnicas. No entanto, há várias técnicas que visam à modificação e ao melhoramento das propriedades do solo, resultando em um novo material capaz de atender tais exigências para diferentes tipos de fundação ou pavimentação. Uma das mais antigas técnicas utilizadas pelo homem e que vem se consolidando no meio técnico-científico é a estabilização de solos com cal. Partindo desse pressuposto, o presente trabalho estuda o comportamento de dois tipos de solos característicos do Distrito Federal com adição de cal hidratada. A primeira etapa consistiu na realização dos ensaios de limite de liquidez, limite de plasticidade, massa especifica dos grãos, granulometria, compactação, expansão e Índice de Suporte de Califórnia (ISC). Na segunda etapa foram realizados os ensaios de cisalhamento direto com as misturas de solo-cal variando os teores de cal em 2%, 3% e 4%, na umidade ótima de compactação Proctor normal. Por fim, o solo argiloso apresentou indícios de uma melhoria em suas propriedades. Nessa avaliação as curvas de índice de suporte exibiram valores condizentes para tensões elevadas, sendo possível sua utilização em camadas de sub-base e revela-se como alternativa para utilização em obras de pavimentação. No caso do solo siltoso, não houve vantagem aparente em relação ao solo natural, mostrando que a cal para esse tipo de solo estudado pode não trazer benefícios relevantesArtigo submetido e aceito no XVIII COBRAMSEG (2016

Estudo do comportamento de solos característicos do Distrito Federal reforçados com fibras de sisal e polipropileno para o uso em pavimentação: estudo de caso

Nos últimos anos diversas técnicas que visam à modificação e melhoramento das propriedades do solo vêm se consolidando no meio técnico-científico e estas são capazes de gerar um novo material, que atenda às exigências das normas vigentes. Uma das possíveis técnicas de melhoria do comportamento do solo é a inclusão de fibras sintéticas ou naturais. Partindo desse pressuposto, o presente trabalho estuda o comportamento de um solo característico do Distrito Federal com a inclusão de dois tipos de fibras (Sisal e Polipropileno). As análises foram verificadas por meio de ensaios geotécnicos de laboratório. Primeiramente, realizaram-se os ensaios de limite de liquidez, limite de plasticidade, massa especifica dos grãos, granulometria do solo e ensaio de metodologia MCT (Miniatura Compactada Tropical) sob três condições: solo em estado natural, solo após secagem prévia e solo com adição de areia. Posteriormente, foram realizados os ensaios de compactação, expansão e Índice de Suporte de Califórnia (ISC), incluindo o uso das fibras. De um modo geral, a pesquisa avaliou que, com exceção da inclusão de fibras de polipropileno, os demais materiais atenderam os pré-requisitos para a utilização em sub-base de pavimentos flexíveis. Ressalta-se que as análises e os resultados obtidos nesta pesquisa estão limitados ao estudo experimental apresentadoIn recent years several techniques aimed at modification and improvement of soil properties have been consolidating in the technical-scientific area and these are able to generate a new material that meets the requirements of the current regulations. One of the possible techniques of improving soil behavior is the inclusion of synthetic or natural fibers. Starting from this assumption, this paper studies the behavior of a characteristic soil of Distrito Federal with the inclusion of two types of fibers (Sisal and polypropylene). The analyses were verified through practical geotechnical laboratory. First of all, there were performed the liquidity and the plasticity limit tests, specific weight of the grains, soil granulometry and MCT (Tropical Compressed Miniature) under three conditions: the soil in its natural state, after prior drying and with addition of sand. Finally, there were performed compression, expansion and California Support Index (ISC), including the use of fibers. In General, the research evaluated that with the exception of the inclusion of polypropylene fibers, the other materials have attended the requirements for use in flexible flooring subfloor. It should be noted that analyses and the results obtained in this research are limited to experimental study presentedTrabalho submetido e aceito no 45°RAPv/ 19° ENACOR / 1° Fórum Rodoviário de Trânsito e de Mobilidade (2016

Big data and artificial intelligence applied to foundations

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2022.A engenharia de fundações passa por uma constante evolução em busca de novos equipamentos e elementos de fundação que possam gerar maior produtividade e estarem sujeitos a um maior controle de qualidade durante sua execução. No mesmo sentido, é natural o esforço pela busca de novas ferramentas computacionais e ideias que possam potencializar a qualidade dos dados e dos resultados gerados em campo. Dentro desse propósito, o foco da presente tese foi dado ao tipo de estaca mais utilizada do Brasil, a hélice contínua monitorada (EHC). Para cada perfuração, pode-se aferir os níveis de energia necessários para a execução das estacas, o que fornece, quase que instantaneamente, dados relevantes para o entendimento do desempenho das estacas quando as variações individuais desse gasto energético são interpretadas. Atualmente, a era Big Data é realidade, o que significa que todo profissional capacitado deve tentar aproveitar os dados disponíveis para obter indiretamente novas informações. Os estudos aqui vão utilizar a combinação de algoritmos de inteligência artificial (IA) e o fluxo de trabalho analítico de Big Data para interpretar como a energia necessária para a execução desse tipo de fundação pode ser utilizada como uma variável capaz de representar o desempenho real em termos de carga versus recalque, que representa uma das informações mais desejadas para viabilizar o sucesso das obras. No decorrer da tese, elaboraram-se modelos de IA a partir da combinação de dados experimentais coletados de obras reais e a partir da utilização de técnicas de aumento de dados para geração de dados sintéticos. Esses dados sintéticos se fizeram necessários pois a qualidade e quantidade dos dados reais se mostrou insuficiente para o treino de modelos robustos. Para gerar os dados sintéticos, simulações numéricas foram calibradas para reproduzir fielmente dados de campo. Previamente à calibração do modelo de elementos finitos, foi realizado um estudo gradativo e robusto de malha e convergência. Uma das características desse modelo é que foi usada a sub-rotina USDFLD do software Abaqus® para reprodução da estratigrafia de camadas irregulares do local. Para a calibração, foram geradas 310 combinações dos parâmetros de entrada do modelo por meio da técnica do Hipercubo Latino, de forma a buscar aquele conjunto de parâmetros que gerava curvas carga versus recalque mais próxima àquelas efetivamente observadas em três estacas reais. Posteriormente, com o modelo calibrado, um total de 134 estacas tiveram a combinação de energia de execução aferida e curva carga versus recalque disponibilizada, a partir das quais foram elaborados dois modelos de IA baseado na aprendizagem de máquina, utilizando o tipo Regressão de Vetor Suporte. Mesmo considerando que os dados seguiram o modelo de Chin-Kondner, observouse que, quando comparados às curvas experimentais, as curvas carga versus recalque geradas pelos modelos apresentaram em vários casos ajustes altamente aderentes, considerando para este procedimento metodológico resultados satisfatórios. Destaca-se que a qualidade e a quantidade de dados são fundamentais para aumentar o poder de confiabilidade e predição do modelo. Além disso, o modelo e o fluxo metodológico proposto revelam ser possível desempenhar uma análise individual das estacas, o que tende a aumentar a qualidade dos projetos e a confiabilidade dos estaqueamentos monitorados.Foundation engineering is constantly evolving in search of new equipment and foundation elements that can generate greater productivity and be subject to greater quality control during execution. In the same sense, it is natural the effort to search for new computational tools and ideas that can enhance the quality of data and results generated in the field. Within this purpose, the focus of this thesis will be given to the most used type of pile in Brazil, the monitored continuous flight auger pile (CFAP). For each drilling, it is possible to measure the energy levels required for the execution of the piles, which provides, almost instantly, relevant data to understand the performance of the piles when the individual variations of this energy expenditure are interpreted. Today, the Big Data era is already a reality, which means that every trained professional should try to leverage the available data to obtain new information indirectly. The studies here will use the combination of Artificial Intelligence (AI) algorithms and the analytical workflow of Big Data to interpret how the energy required to execute this type of foundation can be used as a variable capable of representing the actual performance in terms of load-settlement curve, which represents one of the most desired information to enable the success of the construction sites. During the thesis, AI models were elaborated from the combination of experimental data collected from real construction sites and from the use of data augmentation techniques to generate synthetic data. This synthetic data was necessary because the quality and quantity of the real data was insufficient to train robust models. To generate the synthetic data, numerical simulations were calibrated to faithfully reproduce field data. Prior to calibrating the FEM model, a gradual robust meshing and convergence study was performed. One of the features of this model is that the USDFLD subroutine of the Abaqus® software was used to reproduce the irregular layer stratigraphy of the site. For calibration, 310 combinations of model input parameters were generated through the Latin Hypercube Sampling (LHS) technique, in order to find the set of parameters that generated the load-settlement curves closest to those actually observed in three real piles. Subsequently, with the calibrated model, a total of 134 piles had the combination of execution energy and load-settlement curve available, from which two AI models were developed based on machine learning, using the Support Vector Regressor (SVR) type. Even considering that the data followed the Chin-Kondner model, it was observed that, when compared to the experimental curves, the load-settlement curves generated by the models presented in several cases highly adherent fits, considering for this methodological procedure satisfactory results. It is emphasized that the quality and quantity of data are fundamental to increase the models reliability and prediction power. In addition, the model and the methodological flow proposed reveal that it is possible to perform an individual analysis of the piles, which tends to increase the quality of the projects and the reliability of the piles monitored

Execution energy of continous flight auger piles as an assessment tool to evaluate the mechanical response of the soil mass

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018.Aliar a tecnologia, teoria e a prática da engenharia é um dos principais desafios na engenharia de fundação moderna. Sabe-se que os projetos atuais de fundação se restringem a cálculos locais, em regiões específicas do terreno, o que muitas vezes pode levar ao sobredimensionamento ou subdimensionamento das estacas de fundação e contenção haja vista a variabilidade espacial do maciço. Em outras palavras, o que é seguro em um trecho pode não ser bom no global da obra. Quando se considera a utilização de estacas do tipo hélice continua, o próprio controle da energia de execução pode se mostrar como uma solução de redução de custo e aumento da produtividade. O valor da energia de execução não deve ser somente definido, mas também capaz de ser relacionado com os resultados dos ensaios de campo, como as sondagens e provas de carga. Esse controle pode representar uma ferramenta importante para auxiliar projetistas e engenheiros na adequação dos projetos às realidades de campo. Assim, após a definição do dimensionamento para a execução das estruturas de contenção e fundação, pode ocorrer na prática que o desempenho de algumas estacas não seja como se espera, assim como pode ocorrer uma mudança significativa no maciço do solo de fundação ou em apenas em áreas específicas do terreno. Propõe-se nesta dissertação o estudo do comportamento geotécnico do maciço de solo e das estacas de uma obra localizada em Brasília-DF sob o ponto de vista energético. Todo o processo de perfuração das estacas das estruturas de contenção e fundação foi totalmente controlado por um mesmo conjunto máquina-operador. De forma a facilitar a leitura e o entendimento das análises dos dados, espacializou-se por meio do software RockWorks® as energias calculadas e os resultados dos ensaios realizados em campo. A partir dos dados especializados, utilizou-se o software Mathematica® para o desenvolvimento de códigos capazes de automatizar os cálculos necessários para a obtenção das energias de execução, relacioná-las com as capacidades de carga aferidas pelas provas de carga e prever, por meio de estudos estatísticos, possíveis influências no comportamento dos procedimentos executivos da obra. Estudou-se como a energia de execução varia com a profundidade, com a posição no terreno e as influências que ela sofre em decorrência da ordem de execução dentro de um mesmo grupo de fundação. A metodologia de análise proposta representa um avanço no controle informatizado da energia de execução e avaliação de desempenho de estacas tipo hélice contínua, propondo-se um mecanismo de confiabilidade complementar para os projetos de fundação e contenção, que podem agregar valor às análises em termos de segurança, ruína e custo.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).Allying technology, theory and engineering practice is one of the main challenges of modern foundation engineering. It is known that current foundation designs are restricted to local calculations in specific regions of the terrain, which may lead to oversizing or undersizing the foundation and retaining wall piles due to the spatial variability of the stratigraphic profile. In other words, what is safe in one area may not be acceptable in the overall construction site. When the execution of continuous flight auger piles is considered, the energy control of the execution itself shows up as a good alternative to reduce costs and enhance productivity. The value of the execution energies should not only be defined, but also to be relatable to the results of the in situ tests, such as surveys and bearing capacity tests. The energy control of the execution of foundations has shown to be an important tool to help designers and field engineers to match project and field realities. As the design of this type of foundation defines the setting depth, sometimes the auger piles may not behave as expected, as the soil mass may change significantly even in a small region. The study of the geotechnical behavior of the soil mass and the piles of a construction site located in Brasília-DF under the energy point of view is proposed in the present work. The entire drilling process of the piles for retaining walls and foundation structures was totally controlled by the same machine-operator group. In order to make it easier to read and understand the data analysis, the calculated energies and the results of field tests were spatialized using the RockWorks® software. From the spatialized data, the Mathematica® software was used to develop codes capable of automating the calculations necessary to obtain the execution energies, to relate them to the bearing capacities measured by the load tests and to predict, through statistical studies, possible influences on the behavior of the executive construction procedures. It was studied how the execution energies of piles vary with initial depth and field position, as well as the influences that they suffer because of the order of execution within a same foundation group. The proposed methodology represents an improvement of the energy control procedure and performance evaluation of continuous flight auger piles type, creating a complementary reliability mechanism for the foundation and retaining walls design, which can add value to the analyzes in terms of safety, ruin and cost

An energy-based big data framework to estimate the young’s moduli of the soils drilled during the execution of continuous flight auger piles

Understanding the soil mass and how it behaves is determinant to the quality and reliability of a foundation design. Normally, such behavior is predicted based on laboratory and in situ tests. In the big data era, instead of executing more tests, engineers should understand how to take advantage of ordinary execution procedures to obtain the parameters of interest. Sensors are key components in engineering big data frameworks, as they provide a large number of valuable measured data. In particular, the building process (excavation and concreting) of continuous flight auger piles (CFAPs) can be fully monitored by collecting data from sensors in the drilling machine. This makes this type of pile an ideal candidate to utilize a big data methodology to indirectly obtain some constitutive parameters of the soil being drilled. Thus, in the present paper, the drilling process of CFAPs is modeled by a new physical model which predicts the energy spending during the execution of this type of pile. This new model relies on other fundamental properties of the soils drilled, such as unit weight, cohesion and internal friction angle. In order to show the applicability of the big data methodological framework hereby developed, a case study was conducted. A work site in Brasília-DF, Brazil, was studied and the execution of three CFAPs was monitored. Soil surveys were carried out to identify the soil strata in the site and, therefore, to validate the estimates of Young’s moduli provided by the new formulas. The 95% confidence intervals of Young’s moduli obtained for silty clay, clayey silt and silt were, in MPa, [14.56, 19.11], [12.26, 16.88] and [19.65, 26.11], respectively. These intervals are consistent with literature reports for the following materials: stiff to very stiff clays with low-medium plasticity, medium silts with slight plasticity, and stiff to very stiff silts with low plasticity, respectively. These were the types of materials observed during the site surveys; therefore, the results obtained are consistent with literature reports as well as with field surveys. This new framework may be useful to provide real-time estimates of the drilled soil’s parameters, as well as updating CFAPs designs during their execution. This way, sustainable designs can be achieved, where substrata materials are better characterized, avoiding over-designed structures.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC

Estimating Shear Strength Properties of the Surrounding Soils Based on the Execution Energies of Piles

Historically, empirical relations are the basis of everyday foundation design. These relations, however, rely on specific datasets, which may not represent the true conditions observed in the field. Even in situ tests rely on empirical correlation formulas, which link observed phenomena to soil properties. These correlations should be updated according to the specific design conditions. Big data (BD) workflows enable the use of massive data available to update the correlations and to provide more accurate predictions of the parameters studied. Thus, in this paper, a BD approach is used to study the relation between the drilling process of continuous flight auger piles and the shear strength properties (SSPs) of the surrounding soils. Soil surveys were carried out to identify the soil strata in the site and to validate the estimates of the SSPs. The results show that indirect measurements are in accordance with typical undrained shear strength and friction angles of the materials considered

Estimating Shear Strength Properties of the Surrounding Soils Based on the Execution Energies of Piles

Historically, empirical relations are the basis of everyday foundation design. These relations, however, rely on specific datasets, which may not represent the true conditions observed in the field. Even in situ tests rely on empirical correlation formulas, which link observed phenomena to soil properties. These correlations should be updated according to the specific design conditions. Big data (BD) workflows enable the use of massive data available to update the correlations and to provide more accurate predictions of the parameters studied. Thus, in this paper, a BD approach is used to study the relation between the drilling process of continuous flight auger piles and the shear strength properties (SSPs) of the surrounding soils. Soil surveys were carried out to identify the soil strata in the site and to validate the estimates of the SSPs. The results show that indirect measurements are in accordance with typical undrained shear strength and friction angles of the materials considered