A pesquisa teve como objetivo analisar e discutir o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas submetidos à ação de força centrada e excêntrica. Desenvolveu-se uma análise numérica tridimensional não-linear de blocos de concreto armado sobre duas estacas. A análise numérica levou em consideração a fissuração do concreto e a influência das armaduras no comportamento estrutural dos blocos. Por meio da análise numérica, foi possível perceber o comportamento e a forma geométrica das bielas de compressão, com isso, obteve-se melhor entendimento do modelo de bielas (escoras) e tirantes aplicado a blocos de concreto armado sobre duas estacas. A geometria observada nos modelos numéricos analisados preliminarmente difere da usualmente sugerida por vários autores. Realizou-se investigação experimental de blocos, com o fim principal de observar, de modo mais abrangente, a geometria das bielas de compressão. A instrumentação foi posicionada nas faces dos blocos com extensômetros espaçados de modo a ocuparem boa parte da largura e, conseqüentemente, indicarem as suas geometrias. A análise experimental de blocos sobre duas estacas submetidos à ação de força excêntrica permitiu observar o comportamento das bielas e tirantes que diferem dos observados quando a força é centrada. Também foi analisada a eficiência dos ganchos das barras de aço que compõem os tirantes, verificando-se que os ganchos podem ser omitidos sem prejuízo da segurança estrutural dos blocos. Em função dos resultados obtidos por meio das análises experimental e numérica desenvolveram-se modelos de bielas e tirantes aplicados a blocos sobre duas estacas / The research had as objective to analyze and to argue about the behavior of two pile caps submitted to the action of a centered and eccentric load. A nonlinear three-dimensional numerical analysis of two pile caps was developed. The numerical analysis included the cracking and the influence of the reinforcement in the structural behavior of the pile caps. By the numerical analysis, it was possible to perceive the behavior and the geometric form of the strut, with this understand the model strut-and-tie applied to the two pile caps. The geometry observed in the numerical models analyzed at first differs from the usually suggested by some authors. This project realized experimental tests of piles caps to observe the geometry of the struts. The instrumentation was located in the faces of the pile caps with spaced strain-gages in order to occupy good part of the width and, consequently, indicate its geometry. The experimental analysis of two pile caps submitted to the eccentric load allowed the behavior observation of the strut and tie that differ from the one observed when the load was centered. Also the efficiency of the hooks of the reinforced bar was analyzed, therefore, in the experimental analysis of pile caps already developed, it was verified that the hooks can be omitted without damage of the structural security of the pile caps. For treating the procedure defined in the project, and taking advantage of the experimental analysis realized, it was understood that this requirement can be analyzed and that the results will bring benefits to the project. In function of the results obtained through the experimental and numeric analysis strut-and-tie models were developed to be applied in two pile caps

Esta pesquisa realiza a análise do comportamento estrutural de blocos rígidos de concreto armado sobre duas estacas submetidos à ação de força vertical centrada, com pilares de seções quadradas e retangulares e diferentes taxas de armaduras de pilares. Nestes elementos utilizam-se o método das Bielas e Tirantes para o projeto estrutural, mas normalmente não se considera a influência da seção geométrica dos pilares e suas taxas de armadura no projeto do bloco. Apresenta-se um estudo experimental de doze modelos de blocos sobre duas estacas, na escala 1:2. Foi desenvolvida uma análise numérica tridimensional e não linear, pelo método dos elementos finitos, com o auxílio de um programa de computador. Com a análise experimental e numérica foi investigada a distribuição do fluxo das tensões principais de compressão e tração nos modelos e constataram-se diferenças na transmissão de forças para os blocos quando se altera a taxa de armadura e a seção transversal dos pilares. Esta constatação modifica o modelo de Biela e Tirante inicialmente adotado. As deformações em armaduras construtivas complementares também foram estudadas possibilitando o entendimento do modelo estrutural. Um modelo de Bielas e Tirantes para blocos sobre estaca com pilares alongados foi proposto. / This research presents an analysis of the rigid two-pile caps structural behavior. The models were subjected to force action centered and supported columns with different rate of armor and square and rectangular cross sections. These elements can be rigid or flexible, rigid pile-caps can be sized using the Method of Strut and Tie. In most cases the Method of Strut and Tie and the influence of column reinforcement are not considered in the pile-cap´s structural projects. This research presents an experimental investigation of two-pile caps with the objective of improve criteria structural projects. Twelve rigid two-pile caps were builded using 1:2 scaled models. Three-dimensional numerical analyses using software based on element finite method (FEM) were developed considering the reinforced concrete nonlinear behavior. Using results of experimental analysis and numerical analysis an investigation of the flow distribution of the principal stresses of compression and tension in the models was performed, differences in the transmission of forces to the pile-caps, when changing the reinforcement ratio and the cross section of the columns, were detected. The initial model of strut and tie may be modified due to results. The understanding of the structural model was also possible by analysis of the stirrups and upper constructive reinforcement stress-strain behavior. A strut and tie model for pile-caps with an elongated rectangular column was proposed.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-04-23T19:28:37Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Victor Mark Pontes dos Santos - 2014.pdf: 4740430 bytes, checksum: 86ddafe465639f636facb827295fa18a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-04-23T19:30:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Victor Mark Pontes dos Santos - 2014.pdf: 4740430 bytes, checksum: 86ddafe465639f636facb827295fa18a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-23T19:30:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Victor Mark Pontes dos Santos - 2014.pdf: 4740430 bytes, checksum: 86ddafe465639f636facb827295fa18a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-08-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work explores the use of reliability techniques for selecting strut and tie models and explores the use of topology optimization techniques to generate these models automatically. A literature review is presented exploring probability concepts useful in reliability analysis, concepts about classic approaches to generate strut and topology optimization. The formulation is based on concepts of the limit analysis thus they are the theoretical basis of the strut and tie model. Formulations used in reliability analysis are presented, such as the Monte Carlo simulation and the methods FOSM and FORM. These techniques are applied in nine numerical applications. The first two examples explore alternative techniques on the topology optimization field so as enable appropriate strut and tie results consistent with the project of concrete structures. The following examples are used to validate the tools used in the reliability analysis and in the limit analysis. Finally the four following examples apply reliability analysis with failure function based on limit analysis to compare classic models with those obtained by using topology optimization and analyze the security level of the models with respect to changes in concrete strength, reinforcement provided by the ties and thickness of the struts. / Este trabalho tem o objetivo de utilizar técnicas de confiabilidade para a seleção de modelos de bielas e tirantes e verificar a viabilidade da utilização de técnicas de otimização de topologia para geração automática desses modelos. Apresenta-se uma revisão bibliográfica com conceitos de probabilidade úteis na análise de confiabilidade, conceitos sobre modelos de bielas e tirantes e sobre a otimização de topologia. A metodologia do trabalho emprega formulações utilizadas na análise limite por ser a base teórica do modelo de bielas e tirantes. Apresentam-se também formulações utilizadas na análise de confiabilidade como a simulação de Monte Carlo e os métodos FOSM e FORM. Essas técnicas são utilizadas em nove exemplos de aplicação. As primeiras aplicações exploram variações nas técnicas de otimização de topologia que possibilitam resultados de modelos de bielas e tirantes mais adequados ao projeto de estruturas de concreto armado. As aplicações seguintes validam as ferramentas utilizadas na análise de confiabilidade e na análise limite. Por fim, nas últimas quatro aplicações, aplica-se a análise de confiabilidade com função de falha baseada na análise limite para comparar modelos clássicos e modelos obtidos com otimização de topologia e analisar o nível de segurança dos modelos em relação a algumas variáveis como resistência do concreto, área de aço e espessura de bielas.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-01-29T14:45:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-01T11:53:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-01T11:53:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Optimization techniques have been widely used in different engineering applications. In the case of structural conception, these techniques can be applied from the architectural concept, determining, for example, bracing structures to setting the best topology for concrete structures, as those compared to strut and tie models. In this context, this thesis presents techniques applied to topology optimization in subsystems of buildings. It is also presented a new software tool, modelled in object-oriented programming, seeking the solution for topology optimization problems assembling various technical problems unified in a single approach. The software tool was used to determine the best shape to bracing frames on a building submited to different loading combinations as well to compare the strut and tie models to foundation blocks. Results were compared to literature review, validating the unified computational procedure. Strut and tie models found in literature were compared to piled foundation blocks varying the number of piles, and whose geometry for larger number of piles are still not clearly defined. / Técnicas de otimização têm sido especialmente utilizadas em diversos problemas de engenharia. No caso da concepção estrutural de grandes edifícios, essas técnicas podem ser utilizadas desde o partido arquitetônico. Neste caso, podem ser determinadas, por exemplo, estruturas de contraventamento. Outro exemplo é a aplicação da otimização de topologia para determinação do modelo de bielas e tirantes de estruturas de concreto armado. Neste trabalho, são utilizadas técnicas de otimização de topologia aplicadas em subsistemas de edifícios. Apresenta-se um software em linguagem de programação orientada a objeto para a solução de problemas de otimização de topologia em que são reunidas diferentes técnicas características do problema as quais são unificadas em uma única abordagem. Esse software é aplicado para determinar a melhor forma da estrutura de contraventamento de edifícios altos submetidos a diversas combinações de carregamentos e para determinação do modelo de bielas e tirantes de blocos de fundações. Os resultados encontrados validam a utilização da uma abordagem unificada já que são condizentes com a literatura. Os modelos de bielas e tirantes encontrados para os blocos de fundações são iguais aos modelos clássicos encontrados na literatura. Também foram estudados blocos de fundações com uma maior quantidade de estacas cujos modelos ainda não possuem geometria bem definida na literatura.

[ES] Los encepados sobre pilotes son empleados en las cimentaciones profundas de edificios y puentes para transmitir las solicitaciones del pilar a los pilotes embe-bidos en el terreno. En el caso más habitual de los encepados rígidos, se gene-ran campos tensionales complejos, por lo que se consideran regiones D en su totalidad. Las solicitaciones que transmite el pilar a la cimentación incluyen generalmente combinaciones de esfuerzos axil, flector y cortante. A pesar de tratarse del esta-do de carga más común, no existen hasta la fecha ensayos de encepados de más de dos pilotes con carga vertical no centrada. Existe además cierta falta de consenso sobre la disposición de armado en ence-pados: la proporción entre el armado concentrado en bandas frente al distribui-do en la base, y la necesidad de disponer un armado vertical en cercos atando las bandas. Tampoco existen ensayos experimentales diseñados para estudiar la eficacia de la armadura secundaria vertical. Con objeto de estudiar la influencia del tipo de carga, la configuración de ar-mado, el número de pilotes y la esbeltez, se lleva a cabo una campaña experi-mental de 30 ensayos de encepados de tres y cuatro pilotes a escala real. Los ensayos se realizan bajo carga centrada y excéntrica, sobre especímenes con dis-tintas relaciones vuelo-canto (w/d = [0.56-1.68]). Se comparan además tres con-figuraciones de armado: armado en bandas, armado en banda y distribuido ho-rizontal y armado en bandas, distribuido horizontal y con armadura vertical. Se presenta un modelo de bielas y tirantes tridimensional, válido para cargas excéntricas, que explica la contribución resistente de las armaduras secundarias horizontales y verticales. El modelo forma parte de una propuesta unificada, que relaciona el ángulo de inclinación de las bielas con la comprobación de la capacidad resistente del hormigón en bielas y zonas nodales. Por otra parte, se realiza un estudio del tratamiento normativo (Eurocódigo 2, ACI 318-14) del punzonamiento y cortante en encepados, para evaluar su capa-cidad para predecir la resistencia y modo de fallo en condiciones de carga tanto centrada como excéntrica y con diferentes configuraciones de armado. Este estudio culmina con la aplicación a encepados de la Teoría de la Fisura Crítica, en la que se basa la formulación de punzonamiento del Código Modelo 2010, que ya ha sido extendida con éxito al caso de zapatas. / [CA] Els encepats sobre pilós són emprats en els fonaments profunds d'edificis i ponts per a transmetre les sol·licitacions del pilar als pilós embeguts en el ter-reny. En el cas més habitual dels encepats rígids, es generen camps tensionals complexos, per la qual cosa es consideren regions D íntegrament. Les sol·licitacions que transmet un pilar als fonaments a través de l'encepat inclouen generalment combinacions d'esforços axial, flector i tallant. Malgrat tractar-se de l'estat de càrrega més comuna, no existeixen fins hui assajos de encepats de més de dos pilotes amb càrrega vertical no centrada. Existeix a més certa falta de consens sobre la disposició d'armat en encepats: la proporció entre l'armat concentrat en bandes enfront del distribuït en la base, i la necessitat de disposar un armat vertical (estreps) lligant les bandes. Tampoc existeixen assajos experimentals dissenyats per a estudiar l'eficàcia de l'armadura secundària vertical. A fi d'estudiar la influència del tipus de càrrega, la configuració d'armat, el nú-mero de pilotes i l'esveltesa, es duu a terme una campanya experimental de 30 assajos de encepats de tres i quatre pilotes a escala real. Els assajos es realitzen sota càrrega centrada i excèntrica, sobre espècimens amb diferents relacions d'esveltesa (w/d = [0.56-1.68]). Es comparen a més tres configuracions d'armat: armat en bandes, armat en banda i distribuït horitzontal i armat en bandes, dis-tribuït horitzontal i amb armadura vertical. Es presenta un model de bieles i tirants tridimensional, vàlid per a càrregues excèntriques, que explica la contribució resistent de les armadures secundàries horitzontals i verticals. El model forma part d'una proposta unificada, que rela-ciona l'angle d'inclinació de les bieles amb la comprovació de la capacitat resis-tent del formigó en bieles i zones nodals. D'altra banda, es realitza un estudi del tractament normatiu (Eurocódigo 2, ACI 318-14) del punxonament i tallant en encepats, per a avaluar la seua capaci-tat per a predir la resistència i manera de fallada en condicions de càrrega tant centrada com excèntrica i amb diferents configuracions d'armat. Aquest estudi culmina amb l'aplicació a encepats de la Teoria de la Fissura Crítica, en la qual es basa la formulació de punxonament del Codi Model 2010, que ja ha sigut estesa amb èxit al cas de sabates. / [EN] Pile caps are used as deep foundations of buildings and bridges to transfer col-umn loads to the piles into the ground. Deep pile caps are commonly used in practice. These elements are usually considered as an entire D-region because complex stress fields develop inside them. Although these loads usually consist of a combination of an axial force and bending moments in one or two directions, all the experimental studies carried out to date that analysed pile cap behaviour have only considered centred loads. There is a lack of agreement regarding the proper reinforcement arrangement in pile caps: the proportion between bunched and distributed reinforcement at the pile cap base, and the convenience of a vertical secondary reinforcement in stir-rups. There are also no experimental tests on pile caps designed to study the effectiveness of vertical secondary reinforcement. With the aim of assessing the influence of non-centred loads, the reinforcement arrangement, the number of piles and the slenderness, an experimental cam-paign on 30 real scale pile caps has been conducted. The tests are carried out under centred and eccentric loads. The shear-span ratio ranges from 0.56 to 1.10 for the four-pile caps and from 0.84 to 1.68 for the three-pile caps. Moreover, three reinforcement layouts are compared: bunched reinforcement, bunched in addition with distributed reinforcement and finally, bunched in addition with distributed and vertical secondary reinforcement in stirrups. Two different approaches for the analysis of these results are considered. On the one hand, a unified STM formulation is presented, valid for eccentric loads, which considers the contribution of the horizontal and vertical secondary rein-forcement to the pile cap strength. This model links the strut inclination with the stress verification in struts and nodal zones. On the other hand, punching and shear formulations of Eurocode 2 and ACI 318-14 are studied to assess their ability to predict the strength and failure mode of pile caps, in both centred and eccentric load conditions and with dif-ferent reinforcement configurations. This study ends with the application of the Critical Shear Crack Theory to pile caps. The Model Code 2010 punching for-mulation is based on the CSCT and has already been successfully applied to squat footings. / Agradecer la financiación pública recibida a través del Ministerio de Economía y Competitividad, mediante las Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores (BES-2013-063409), que me ha permitido una dedicación completa durante cuatro años a esta investigación. Tanto dicha ayuda como la financiación de los ensayos experimentales realizados forman parte del proyecto Estudio experimental y numérico de regiones D tridimensionales de hormigón armado: encepados y cálices (BIA2012-323000). Deseo resaltar la maravillosa experiencia que tuve durante mi estancia de investigación en la University of Surrey. Esta estancia de tres meses fue subvencionada por las Ayudas a la movilidad predoctoral del Ministerio de Economía y Competitividad (EEBB-I-17-12364). / Miguel Tórtola, L. (2018). Estudio de encepados de tres y cuatro pilotes solicitados por cargas centradas y excéntricas: análisis experimental y de las formulaciones de diseño [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/116355 / TESIS

Esta pesquisa estuda o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas com cálice totalmente embutido, utilizado na ligação pilar-fundação de estruturas de concreto pré-moldado. Particularmente, foi avaliado o efeito que a viga de travamento provoca no bloco quando apoiada nas paredes laterais do cálice. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos (MEF), na qual foi considerada a não-linearidade física dos materiais. Para avaliação do programa adotado, realizou-se análise comparativa de resultados experimentais e numéricos obtidos por meio de outro programa. Nos blocos estudados variou-se a espessura e o tipo de conformação das paredes do cálice, o ângulo de inclinação da biela e a intensidade das ações na viga de travamento. Os resultados indicam que a presença da viga de travamento não altera de modo significativo o comportamento do bloco, e que a parede do cálice é capaz de transferir a força proveniente da viga em direção às estacas de modo eficaz. Por meio das tensões nas barras da armadura principal, foi possível obter a força no tirante e o ângulo de inclinação da biela antes da ruína dos modelos. Constatou-se que os ângulos apresentaram maior inclinação do que as utilizadas no dimensionamento, que por sua vez foi feito baseado nos modelos de bielas e tirantes. / The present research studies the behavior of two pile caps reinforced concrete with embedded socked used in connections of pre-cast concrete structures. It was particularly evaluated the effect provoked by the locking beam on the pile-caps when supported by the socket lateral walls. Three-dimensional numerical analyses using software based on finite element method (FEM) were developed considering the nonlinear physical behavior of the material. To evaluate the adopted software, a comparative analysis was made using numerical and experimental results obtained from other software. In the pile caps studied, it was noticed a variation in the wall thickness, socket interface, strut angle inclination and action on beam. The results show that the presence of beam does not change significantly the pile caps behavior and that the socket wall is able to transfer effectively the force from the beam to the pile caps. By the tensions on the bars of longitudinal reinforcement, it was possible to obtain the force on the tie and the strut angle inclination before the collapse of models. It was found that the angles present more inclinations than those used in the design, which was made based on strut and tie model.

A racionalização e a industrialização da construção civil têm promovido o sistema construtivo baseado em elementos de concretos pré-moldados. O comportamento das ligações entre os elementos pré-moldados constitui uma das principais preocupações dos projetistas, sendo as ligações entre a superestrutura e as fundações determinantes na estabilidade e na distribuição de esforços solicitantes da estrutura. O comportamento de blocos sobre estacas com ligações para pilares pré-moldados possui particularidades em razão do diferente mecanismo de transferência de forças do pilar para o bloco mediante a ligação. Neste trabalho é estudado o comportamento de blocos de fundação apoiados sobre quatro estacas com cálice totalmente embutido para ligação com pilar pré-moldado. O estudo baseou-se em análise numérica não-linear de modelos tridimensionais considerando a fissuração do concreto, a presença de armadura e a interface de ligação. O comportamento de blocos com pilares submetidos à força vertical centrada e excêntrica foi descrito em termos de força última, panorama de fissuração, fluxo de tensões principais e tensões nas armaduras do bloco. Os resultados indicam a ocorrência de transferência de esforços do pilar para a fundação a partir das paredes do cálice de interface lisa, entretanto com intensidade insuficiente para a formação de bielas de compressão, e o risco da ocorrência de punção em blocos onde os pilares são ligados por cálices de paredes lisas. / The rationalization and the industrialization of the civil constructions have stimulated the construction process based on precast elements. One of the main designer\'s worries is about the behavior of the joints between precast elements, and the joints between superstructure and the foundations which are determinant in the construction stability and behavior of elements. In reason of the mechanism of transference of the forces from column to pile-cap by socket connections, the behavior of pile-caps with joints for precast columns has some specificity. The behavior of four-pile caps with embedded socket for precast columns joints is studied in this research. The study is based in nonlinear numerical analysis of three dimensional models considering the cracking in concrete, the reinforcement and the joint interface. The behavior of pile caps under centered and eccentric vertical force is described by ultimate force, cracking patterns, principal stresses flow and reinforcements strains. The results suggests that occurs the transfer of forces from column to the pile cap in the socket walls with smooth interface, however the intensity is not enough to form the struts, and the risk of development of punching shear in pile caps which columns are connected by smooth interface socket walls.

O dimensionamento de Regiões D (regiões em que não é aplicável a Hipótese de Bernoulli), embora amplamente estudado e discutido, é um tópico ainda em desenvolvimento e com normatização relativamente escassa. Os métodos mais comumente empregados são o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método de Bielas e Tirantes (MBT). A dissertação expõe a base teórica e a metodologia dos dois métodos no dimensionamento de estruturas de concreto armado ao Estado Limite Último e aborda a utilização da otimização, em especial da otimização topológica, na definição dos modelos para o MBT. Metodologias para a aplicação dos dois métodos são propostas e aplicadas a exemplos práticos de Regiões D com recomendações normativas específicas para seu dimensionamento (consolo e viga parede biapoiada) e também a uma viga parede de geometria complexa, os resultados através de diferentes técnicas de dimensionamento são comparados e discutidos, assim como a utilização da otimização como meio de obtenção de modelos. / The design of D-Regions (Regions where the Bernoulli hypothesis is not valid), although widely studied and discussed, is a topic still under development and with relatively little standardization, especially in Brazil. The most commonly used methods are the Finite Element Method (FEM) and the Strut-And-Tie Method (STM). The theoretical basis and methodology of both methods in the design of reinforced concrete structures are presented as well as the use of optimization, especially topology optimization, in the definition of STM models. Procedures are proposed for both methods and applied to practical examples of D-Regions with specific recommendations for its design (Corbel and Deep Beam) as well as a deep beam with complex geometry, the results using the different design methods are compared and discussed as well as the use of optimization as a means of obtaining STM models.

Esta pesquisa discorre a respeito do comportamento estrutural de blocos de concreto armado sobre cinco estacas, dispostas nos vértices de um trapézio, e sobre seis estacas, com o arranjo retangular, considerado pilar com força centrada. Foram estudados diversos métodos analíticos para o dimensionamento dos blocos, no intuito de avaliar a compatibilidade entre o comportamento dos blocos e as hipóteses de cada método. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos. Nos blocos estudados variou-se a deformabilidade do solo de apoio das estacas, por meio de molas elásticas, a seção transversal do pilar, considerando pilar quadrado e pilar retangular, as alturas dos blocos sobre estacas e a resistência do concreto. A configuração do fluxo de tensões, vista em perspectiva, indicou a formação de bielas comprimidas discretas ligando o pilar ao topo das estacas. Observou-se que quanto mais deformável for o solo, mais uniformes são as distribuições das reações entre as estacas e das tensões de tração nas barras das armaduras principais. Verificou-se que as configurações das bielas mudaram conforme se alterou a seção transversal do pilar, indicando a importância de se considerar esse aspecto no dimensionamento analítico dos blocos. A altura influenciou de maneira significativa na rigidez e na resistência dos blocos. No entanto, os blocos com grandes alturas não apresentaram bom comportamento estrutural e os blocos com pequenas alturas não indicaram boa distribuição das reações nas estacas, com as tensões de tração se concentrando entre as barras das armaduras entre as estacas mais próximas do pilar. Observou-se que o aumento da resistência do concreto acarretou no aumento da resistência dos blocos, porém não influenciou na rigidez de modo significativo. Os métodos analíticos que se baseiam nas verificações das resistências a momento fletor e à força cortante não foram compatíveis com o fluxo de tensões obtido, que por sua vez indicou melhor compatibilidade com o método de bielas e tirantes. Por fim, foi possível verificar a aplicabilidade de um método analítico, já existente, que emprega conceitos do método de bielas e tirantes, é simples e de fácil utilização para o dimensionamento de blocos sobre cinco e seis estacas. Esse método considera a altura dos blocos por meio do ângulo de inclinação das bielas, a variação da seção transversal do pilar e diferentes arranjos para as estacas. / This research treats about the structural behavior of reinforced concrete pile caps with five piles arranged at the trapezium vertices and with six piles in rectangular arrangement, considering centered load at column. Several analytical methods were studied for pile caps design in order to assess the compatibility between the pile caps behavior and assumptions of each method. A three-dimensional numerical analysis was developed using program based on finite element method. In pile caps studied, the deformability of soil of support piles were varied, through elastic springs, the column cross section, considering square and rectangular column, the pile caps height and the concrete resistances. The flow stress configuration, visualized in perspective, indicated the formation of discrete compressed struts connecting the column base to the piles top. It was observed that the more deformable is the soil, better uniforms are the reactions distribution between the piles and tensile stresses in the main reinforcement bars. It was found that the struts settings changed with the variation of the cross section column, indicating the importance of this variable in the analytical pile caps design. The height of the pile caps significantly affects the stiffness and strength. However, the higher pile caps did not show good structural behavior and the smaller pile cap indicated poor reactions distribution in piles, with tensile stresses concentrated among the bars reinforcement between the piles closest to the column. It was observed that the increasing in the concrete strength resulted in a higher pile caps resistance, but did not influence the stiffness significantly. The analytical methods, which are based on the resistance verification of bending moment and shear force, are not compatible with the tension flow obtained, which indicated better compatibility with the strut and tie method. Finally, it was possible to verify the applicability of a well known analytical method which uses concepts of strut and tie method, which is simple and easy to apply for five and six pile caps. This method considers the height by means of the inclination angle of struts, the column cross section variation and different piles arrangements.

A presente pesquisa apresenta um estudo comparativo a respeito dos procedimentos para o projeto de dentes de concreto. O dente de concreto é um elemento estrutural bastante utilizado em ligações de estruturas de concreto pré-moldado. Atualmente existem vários procedimentos para o dimensionamento ou estimativa da capacidade resistente dessa ligação, entre os quais destacam-se o da ABNT (NBR 9062 e NBR 6118), PCI, ACI 318-14, Eurocode 2, entre outros. Neste contexto, a presente pesquisa objetiva à análise comparativa desses procedimentos de projeto com resultados experimentais disponíveis. Assim, esses procedimentos de projeto foram aplicados em 38 modelos experimentais de uma base de dados. Normalmente, as ruínas dos dentes de concreto são: a) escoamento da armadura do tirante; b) escoamento da armadura de suspensão; c) ruptura do concreto na região do dente. A relação entre a força de ruína experimental e a força de ruína calculada, designada por Fr,exp/Fr,cal, foi um dos parâmetros utilizados para avaliar as estimativas de força de ruína dos dentes de concreto. Na análise comparativa das estimativas para força de ruína por escoamento da armadura do tirante, a ABNT (NBR 9062 e NBR 6118) apresentou uma média de 1,26 e coeficiente de variação de 16,90%. A ACI 318-14 e o Eurocode 2 forneceram estimativas com uma média de 1,29 e coeficiente de variação de 17,6%. As estimativas do PCI tiveram uma média de 1,12 e coeficiente de variação de 17,9%. Para a ruína por escoamento da armadura de suspensão, as estimativas da ABNT (NBR 9062 e NBR 6118), PCI e ACI 318-14 (Modelos II e III) tiveram uma média de 1,22 e coeficiente de variação de 12,5%. O Eurocode 2 e a ACI 318-14 (Modelo I) apresentaram uma média de 1,87 para as estimativas e coeficiente de variação igual a 17,9%. Para a ruína por ruptura do concreto na região do dente, as estimativas da ACI 318-14 (Modelos II e III) apresetaram uma média de 1,56 e coeficiente de variação de 18,8%. Com o Modelo I, as estimativas da ACI 318-14 tiveram uma média de 1,60 e coeficiente de variação de 19,0%. O Eurocode 2 forneceu estimativas com uma média de 1,63 e coeficiente de variação de 14,6%. O PCI teve a pior estimativa com uma média de 3,29 e coeficiente de variação de 32,4%. O estudo ainda serviu como subsídio para o desenvolvimento de uma proposta para verificação da tensão de compressão no concreto. Para a região do dente, a proposta foi aplicada em 9 modelos experimentais da base de dados e apresentou uma média de 1,33 e um coeficiente de variação de 14,9%. / This research presents a comparative study about procedures for the design of dapped end beam. The dapped end beam is a structural element widely used in connections of precast concrete structures. Currently there are several procedures for the dimensioning or evaluation of the strength capacity of this connection, like as ABNT (NBR 9062 and NBR 6118), PCI, ACI 318-14 and Eurocode 2. In this context, the present research objetives to the comparative analysis of these design procedures with available experimental results. Thus, these design procedures were applied 38 experimental models of a database. Normally, the dapped end beam failures were: a) reinforcement yielding of the tie; b) yielding of the hanger bars; c) concrete rupture in the nib. The relation between the experimental failure force and calculated failure force, designated by Fr,exp/Fr,cal, was one of the parameters used to evaluate the estimates of failure force of dapped end beam. The ABNT (NBR 9062 e NBR 6118) presented an average of 1,26 and a coefficient of variation of 16,90% in the comparative analysis of the estimates for failure by the yielding of the tie. The ACI 318-14 and Eurocode 2 provided estimates with an average of 1,29 and coefficient of variation of 17,6%. The PCI estimates had an average of 1,12 and coefficient of variation of 17,9%. For failure by the yielding of hanger bars, estimates of ABNT (NBR 9062 and NBR 6118), PCI and ACI 318-14 (Models II and III) had an average of 1,22 and a coefficient of variation of 12,5%. Eurocode 2 and ACI 318-14 (Model I) presented an average of 1,87 for the estimates and coefficient of variation equal to 17,9%. For the rupture of concrete in nib, the ACI 318-14 (Models II and III) estimates presented an average of 1,56 and a coefficient of variation of 18,8%. With Model I, the estimates of ACI 318-14 had an average of 1,60 and a coefficient of variation of 19,0%. Eurocode 2 provided estimates with an average of 1,63 and a coefficient of variation of 14,6%. The PCI had the worst estimate with an average of 3,29 and coefficient of variation of 32,4%. The study also served as a subsidy for the development of a proposal for checking the concrete compressive stress. For nib, the simplified proposal was applied in 9 experimental models of the database and presented an average of 1,33 and a coefficient of variation of 14,9%.