A utilização de fontes alternativas de energia renovável tem se tornado corriqueira nos projetos de edificações. Entre estas fontes, destacam-se os sistemas de geotermia superficial, que permitem a troca de energia térmica com a camada superficial terrestre para a climatização de edifícios, via sistemas de bombas de calor geotérmicas (sistemas Ground Source heat Pumps - GSHP). Esta tecnologia tem sido utilizada em diversos países, e a experiência internacional tem demonstrado que este tipo de sistema tem sido eficiente e bem sucedido para aquecimento/resfriamento dos ambientes, e também na redução do consumo energético das edificações. Estes sistemas permitem a troca térmica entre o edifício e o subsolo, podendo ser acoplados às fundações profundas, conhecidas como fundações por estacas trocadoras de calor ou Energy Piles, proporcionando redução nos custos operacionais das edificações em longo prazo. Portanto, diante da necessidade de reduzir consumo de energia elétrica com ar condicionados nas edificações brasileiras, a presente tese foi proposta com a finalidade de estudar experimentalmente o comportamento térmico e termomecânico de fundações por estacas trocadoras de calor executadas em perfil de solo tropical não saturado, encontrado em várias regiões do Brasil. O objetivo da pesquisa foi avaliar o desempenho e a aplicação desta tecnologia nas condições de clima e subsolo do Brasil, e o efeito de seu uso no comportamento da fundação. Os resultados experimentais mostraram que devido às características climáticas do local avaliado, da consequente variação do grau de saturação do subsolo e flutuação do lençol freático, a eficiência na troca de calor com o solo varia sazonalmente. Além disso, uma série de experimentos nas fundações submetidas a cargas térmicas e mecânicas simultaneamente indicaram que o comportamento mecânico da fundação não foi prejudicado durante as simulações da utilização de sistemas de energia geotérmica superficial realizadas nesta pesquisa.

The use of alternative sources of renewable energy has become common in building construction. One example of these sources is the shallow geothermal energy systems, which allow thermal energy exchange with the upper layer of the ground to provide space air-conditioning of buildings by using Ground Source Heat Pumps (GSHP). This technology has been used in many countries, and the international experience has shown that this type of system has been efficient and successful for space heating/cooling buildings, as well as reducing energy consumption. These heat exchange systems can be coupled to deep foundations, known as "heat exchanger piles" or "Energy Piles" foundations, contributing to the reduction of the long-term operating costs of buildings. Therefore, in view of the need of reducing electrical energy consumption with air conditioning in Brazilian buildings, this research was proposed with the aim of studying the thermal and thermo-mechanical behavior of heat exchanger piles in unsaturated tropical soil, found in several regions of our country. The objective of the thesis was to evaluate the performance and application of this technology in the Brazilian climatic and soil conditions, and the effect of its use on the foundation behavior. Experimental results showed that due to the local climatic characteristics, and consequent fluctuation of the groundwater table and variation of the soil degree of saturation, the thermal efficiency of the heat exchanger varies seasonally. Additionally, a series of experiments on the foundations subjected to thermal and mechanical loads simultaneously indicated that the mechanical behavior of the studied foundation was not affected during the simulations of the use of shallow geothermal energy system carried out in this research.