Ensaios em câmara de calibração têm sido utilizados em vários estudos para investigar o comportamento de fundações por estacas sob condições controladas. Nos ensaios de campo em verdadeira grandeza, instrumentações de estacas e do solo são onerosas e em alguns casos difíceis de realizar. Além disso, a variabilidade do solo é um obstáculo para comparações, e para avaliar efeitos geométricos no comportamento das fundações por estacas. Deste modo, os ensaios em câmara de calibração podem ser uma abordagem interessante para explorar alguns aspectos da interação solo-estaca. Por essa razão, uma câmara de calibração de grande porte foi construída na Universidade de São Paulo (ESSC/USP) para investigar o comportamento de fundações por estacas helicoidais. Para este fim, a presente tese foi dividida em duas partes. Na primeira parte, a câmara de calibração foi projetada e construída. Nesta parte, foi realizada uma modelagem numérica para definir as dimensões do tanque e outros acessórios, para que o equipamento pudesse reproduzir uma simulação aceitável das condições de campo. Na segunda e principal parte da tese, vários experimentos foram realizados em estacas modelo instrumentadas instaladas em areia sob condições de sobrecarga vertical controladas, a fim de investigar alguns aspectos fundamentais para o projeto de fundações por estacas helicoidais ainda pouco estudados até o momento. As forças de instalação e o comportamento carga-deslocamento das fundações helicoidais dependem das características das placas helicoidais. Portanto, para este estudo, nove ensaios em câmara de calibração foram realizados, em estacas instrumentadas de hélice única em areia muito compacta, para avaliar a influência da área da hélice e da condição de sobrecarga vertical nas forças de instalação e no desempenho das fundações helicoidais submetidas a esforços de tração e de compressão. Para ajudar na compreensão do comportamento da fundação estudada, sensores de tensão vertical foram instalados no solo. Para as configurações e condições das estacas testadas nesta tese, os resultados dos experimentos mostraram que: (i) a área da hélice influencia o torque de instalação, mas não influencia as forças verticais de instalação; (ii) a tensão de ruptura relativa a hélice da estaca submetida a tração diminui com o aumento da área, no entanto a área da hélice não influencia a tensão de ruptura relativa a hélice da estaca submetida a compressão; (iv) o fator de torque (razão entre capacidade de carga a tração e torque de instalação) tende a diminuir quando a tensão de sobrecarga vertical aumenta.

Calibration chamber tests have been used in several studies to investigate pile behaviour under controlled conditions. In full scale field tests, pile and soil measurements are expensive and in some cases difficult to make; additionally, the soil variability is an obstacle for comparisons and to evaluate geometrical effects on the pile response. Therefore, calibration chamber tests are an attractive approach to explore some aspects of pile-soil interaction. For this reason, a large calibration chamber was constructed at the University of São Paulo (ESSC/USP) to investigate the behaviour of helical piles. For this purpose, the current thesis was divided into two parts. In the first part the calibration chamber was designed and built. For this part, numerical modelling were performed to define the dimensions of the tank and other accessories to reproduce a reasonable simulation of field conditions. In the second and main part, several experiments were carried out on instrumented model piles embedded in sand at controlled vertical confining pressure, in order to investigate some key aspects fundamental to the design of helical foundations which are not well understood to date. The installation forces and loaddisplacement performance of helical foundations are dependent on the characteristics of the helical plates. Therefore, for this study nine calibration chamber tests were conducted on instrumented single-helix piles in very dense sand to evaluate the influence of helix bearing area and vertical confining stress on the installation forces, and on the performance of helical piles under tensile and compressive loads. To help understand the behavior of the studied foundation, pressure sensors were installed in the soil. For the pile configurations and conditions tested in this thesis, the results of the experiments showed that: (i) the helix area influences the installation torque but does not influence the installation vertical forces; (ii) the ultimate helix bearing pressure in tension decreases with the increase of the helix area, however the helix area has no effect on the ultimate bearing pressure under compression; (iv) the torque factor (uplift capacity-torque ratio) tends to decrease when the vertical confining stress increase.