Este estudo apresenta uma nova pesquisa sobre o impacto da vibração vertical na resposta dinâmica de grupos de estacas embutidas em solo estratificado sob condições de carga sísmica. Uma configuração experimental foi empregada na qual a fundação da máquina estaqueada foi submetida a vibrações verticais em três frequências operacionais (10, 20 e 30 Hz) e subsequentemente exposta a quatro níveis de aceleração sísmica (0,1 g, 0,34 g, 0,77 g e 0,82 g).
Metodologia Experimental
Estacas com uma relação comprimento-diâmetro de 25 foram embutidas em um perfil de solo estratificado, com uma camada solta superior (densidade relativa de 30%) e uma camada densa inferior (densidade relativa de 80%) atuando como suporte final. Medições e análises de acelerações horizontais e verticais e fatores de amplificação foram conduzidas usando a Transformada Rápida de Fourier (FFT), aceleração espectral (Sa) e variação da aceleração com a profundidade.
Resultados e Discussão
Os resultados demonstraram uma redução significativa na aceleração horizontal, com uma redução de pico de aceleração do solo (PGA) de até 64% em média, particularmente em frequências mais altas, como 30 Hz. A eficiência de mitigação a 30 Hz melhorou com o aumento da PGA, mostrando reduções de 42, 68, 75 e 63% para acelerações sísmicas de 0,1 g, 0,34 g, 0,77 g e 0,82 g, respectivamente.
A análise revelou ainda ressonância harmônica e efeitos de modo mais alto em frequências mais baixas, com comportamento não linear do solo afetando os padrões de ressonância e amplificação. Além disso, os resultados demonstram que as acelerações de campo distante excederam as acelerações de campo próximo dentro do grupo de estacas, particularmente na camada superficial.
Os resultados indicaram que as amplitudes de vibração inicial excederam os limites operacionais seguros descritos no ACI 351.3R-18 sob carga sísmica, particularmente em níveis de aceleração sísmica mais altos e frequências mais baixas. Gráficos modificados adicionais foram apresentados para levar em conta essas condições.
Conclusões e Implicações
Os resultados apresentaram evidências promissoras para o uso de vibrações verticais como uma estratégia de mitigação de terremotos. No entanto, evitar operar em frequências menores que 10 Hz é recomendado por causa da ressonância potencial e interação com acelerações horizontais durante terremotos.
Este estudo fornece insights valiosos sobre a dinâmica de grupos de estacas em solos estratificados sob cargas sísmicas e vibração vertical, contribuindo para o desenvolvimento de soluções mais eficazes de mitigação de terremotos para fundações de máquinas.
