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.

Accounting for seismic forces and thermal expansion in bridge design requires an accurate passive force-deflection relationship for the abutment wall. Current design codes make no allowance for skew effects on passive force; however, large scale field tests indicate that there is a substantial reduction in peak passive force as skew angle increases. A reduction in passive force also reduces the transverse shear resistance on the abutment. The purpose of this study is to validate three-dimensional model using PLAXIS 3D, against large scale test results performed at Brigham Young University and to develop a set of calibrated finite element models. The model set could be used to evaluate the variation in passive resistance with skew angle for various abutment geometries and backfill types. Initially, the finite element model was calibrated using the results from a suite of field tests where the backfill material consisted of dense compacted sand. Results were available for skew angles of 0, 15, 30 and 45°. Numerical model results were compared with measured passive force-deflection curves, ground surface heave and displacement contours, longitudinal displacements, and failure plane geometry. Soil properties were defined by laboratory testing and in-situ direct shear tests on the compacted fill. Soil properties and mesh geometries were primarily calibrated based on the zero skew test results. The results were particularly sensitive to the soil friction angle, wall friction angle, angle of dilatancy, soil stiffness and lateral restraint of the abutment backwall movement. Reasonable agreement between measured and computed response was obtained in all cases confirming numerically that passive force decreases as skew angle increases Additional analyses were then performed for abutments with different soil boundaries.

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.

Esta pesquisa estuda o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas utilizado na ligação pilar-fundação de estruturas de concreto pré-moldado, submetida a ação de força centrada. Nessa situação, a ligação pilar-fundação pode ocorrer por meio do cálice de fundação, que por sua vez pode estar embutido, parcialmente embutido com parte do colarinho saliente, ou externo com o colarinho saliente em relação ao bloco de fundação. Apresenta-se nesta pesquisa o estudo experimental e numérico de blocos de fundação sobre duas estacas com cálice externo, parcialmente embutido e embutido, submetidos à ação centrada utilizando modelos em escala reduzida 1:2. Nos modelos analisados, considerou-se a conformação das paredes do cálice e do pilar com e sem rugosidade. Os resultados são comparados a dois blocos de referência, os quais apresentaram ligação monolítica entre o pilar e o bloco. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos (MEF), na qual foi considerada a não-linearidade física dos materiais. Observa-se que os blocos da série com rugosidade apresentaram maior rigidez e maior força última comparados aos blocos da série sem rugosidade. A armadura adicional utilizada nos modelos sem interface rugosa conferiu aumento na resistência dos modelos na ordem de 15%, o que não ocorreu nos modelos com rugosidade. Particularmente, no caso de blocos com cálice embutido e sem rugosidade, observou-se comportamento de bloco flexível, diferente dos demais modelos. / The present research studies the behavior of two pile caps reinforced concrete used in column-foundation connection of precast concrete structures, submitted to centered load. This situation allows that pile-foundation connection can occur by socket, which can be embedded, partially embedded or external, with socket walls over the pile caps. The research presents an experimental and numerical study of two pile caps reinforced concrete with external, partially embedded and embedded socket, submitted to centered load, using 1:2 scaled models. These models present the socket walls with rough and smooth interface. The results are compared with two reference models, which present a monolithic connection between pile caps and column. Three-dimensional numerical analyses using software based on finite element method (FEM) were developed considering the nonlinear physical behavior of the material. It was observed that pile caps with rough interface present stiffness and ultimate load greater than pile caps with smooth interface. Additional reinforcement using on models with smooth interface add a 15% resistance on models, but this effect did was not observed on the model with rough interface. Particularly, models with smooth interface and embedded socket present a flexible pile caps behavior.

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.

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.

Esta pesquisa estuda o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas utilizado na ligação pilar-fundação de estruturas de concreto pré-moldado, submetida a ação de força centrada. Nessa situação, a ligação pilar-fundação pode ocorrer por meio do cálice de fundação, que por sua vez pode estar embutido, parcialmente embutido com parte do colarinho saliente, ou externo com o colarinho saliente em relação ao bloco de fundação. Apresenta-se nesta pesquisa o estudo experimental e numérico de blocos de fundação sobre duas estacas com cálice externo, parcialmente embutido e embutido, submetidos à ação centrada utilizando modelos em escala reduzida 1:2. Nos modelos analisados, considerou-se a conformação das paredes do cálice e do pilar com e sem rugosidade. Os resultados são comparados a dois blocos de referência, os quais apresentaram ligação monolítica entre o pilar e o bloco. Foi desenvolvida análise numérica tridimensional utilizando programa baseado no método dos elementos finitos (MEF), na qual foi considerada a não-linearidade física dos materiais. Observa-se que os blocos da série com rugosidade apresentaram maior rigidez e maior força última comparados aos blocos da série sem rugosidade. A armadura adicional utilizada nos modelos sem interface rugosa conferiu aumento na resistência dos modelos na ordem de 15%, o que não ocorreu nos modelos com rugosidade. Particularmente, no caso de blocos com cálice embutido e sem rugosidade, observou-se comportamento de bloco flexível, diferente dos demais modelos. / The present research studies the behavior of two pile caps reinforced concrete used in column-foundation connection of precast concrete structures, submitted to centered load. This situation allows that pile-foundation connection can occur by socket, which can be embedded, partially embedded or external, with socket walls over the pile caps. The research presents an experimental and numerical study of two pile caps reinforced concrete with external, partially embedded and embedded socket, submitted to centered load, using 1:2 scaled models. These models present the socket walls with rough and smooth interface. The results are compared with two reference models, which present a monolithic connection between pile caps and column. Three-dimensional numerical analyses using software based on finite element method (FEM) were developed considering the nonlinear physical behavior of the material. It was observed that pile caps with rough interface present stiffness and ultimate load greater than pile caps with smooth interface. Additional reinforcement using on models with smooth interface add a 15% resistance on models, but this effect did was not observed on the model with rough interface. Particularly, models with smooth interface and embedded socket present a flexible pile caps behavior.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ErikaSakai.pdf: 1917728 bytes, checksum: 5cc92bff51598c6d8147b5abba80383d (MD5) Previous issue date: 2010-12-16 / Through studies on the choice of type of foundation to use a certain work, always when the foundation is to pile it is necessary to build another structural element, the block of crowing or also called pile caps. Several studies have been made taking into account the block on stilts without the influence of soil. So this work demonstrates the relationship of methods of calculation of reactions in piles and tensions in chunks of some authors that take into account the influence of soil or not, with the numerical analysis. To analyzethe fundations the program DIANA was used in conjunction with MIDAS / FX +. With these results, ground-structure in the study of these blocks can be concluded on the importance of the interaction, being distinguished that as example, that if the ground are taken in consideration in the analyses of rigid blocks, the biggest reactions if are concentrate near the corners of the block, independent of the type of load application studied and not in the props central offices as some simplified methods consider. This leads to a closer examination of reality and therefore more accurate. / Através de estudos sobre a escolha do tipo de fundação a usar numa determinada obra, sempre quando a fundação for com estaca faz-se necessário a construção de outro elemento estrutural, o bloco de coroamento ou também denominado bloco sobre estacas. Vários estudos foram feitos levando-se em consideração o bloco sobre estacas sem a influência do solo. Portanto este trabalho demonstra a relação de métodos de cálculos de reações nas estacas e tensões nos blocos de estacas envolvidas pelo solo, através de análise numérica baseado no Método dos Elementos finitos, com características tridimensionais e não-lineares. Para a análise foi usado o programa DIANA em conjunto com o MIDAS/FX+. Com os resultados obtidos, pode-se concluir sobre a importância da interação solo estrutura no estudo destes blocos, destacandose que como exemplo, que se o solo é levado em consideração nas análises de blocos rígidos, as maiores reações se concentram nas estacas laterais do bloco, independente do tipo de aplicação de carga estudada e não nas estacas centrais como alguns métodos simplificados propõem. Isto leva a uma análise mais próxima da realidade e, consequentemente, mais preciso.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Denise Vaz de Campos.pdf: 1915158 bytes, checksum: a102b2411e2e162cde4e66eeca8bc624 (MD5) Previous issue date: 2011-08-22 / The structural sizing pile caps on piles has traditionally been run in simplified manner, disregarding the three-dimensional effect of structural piece. Use the concept of piled cap in calculating enriches scalability providing an understanding of internal efforts on the basis of a distribution of more realistic reactions in the block. The goal of this work was to check the differences in structural sizing pile caps using traditional methods and two numerical methods, one based on finite elements and other hybrid that combines finite elements with elements of the boundary. The main comparison between methods was the internal moment generated in the block after the application of vertical load, for being one of the main parameters of scaling of the armature. In Brazil the scaling manual methods most used are based on the theory of rods or theory of beams. The method of connecting rods, and rods considers inside the block, at the bottom, tensile stress that are combated by frame, and method of the beams is calculated as an internal moment found by reaction of piles and the lever arms to the section you want, and then the block is sized like a beam. The numerical methods presented using the concept of piled raft in scale of blocks. In numerical methods have been used DIANA and GARP programs, which provide internal moments throughout the block of three-dimensional shape and thus were made a comparison with the manual method by the theory of beams. Were simulated blocks with 2, 4, 9, 25, 64 and 81 piles with loads applied in different ways for an assessment of the effect of the size of blocks, of the comparisons performed can be observed that in the manual method and numerical methods total found moments are very close, but with a differentiated distribution along the sections of the blocks, which becomes more apparent as it increases the amount of piles per block. For the manual methods in the center of the block the internal moments are inferior to scaled as piled raft, necessitating an additional frame in this region. / Tradicionalmente, o dimensionamento estrutural de blocos sobre estacas tem sido executado de forma simplificada, desconsiderando o efeito tridimensional da peça estrutural. Utilizar o conceito de radier estaqueado no cálculo enriquece o dimensionamento proporcionando um conhecimento dos esforços internos com base numa distribuição de reações mais realistas no bloco. O objetivo deste trabalho foi de verificar as diferenças no dimensionamento estrutural de blocos sobre estacas utilizando os métodos tradicionais e dois métodos numéricos, um baseado em elementos finitos e outro híbrido que combina elementos finitos com elementos de contorno. A principal comparação entre os métodos foi o momento interno gerado no bloco após a aplicação de carga vertical, por ser um dos principais parâmetros de dimensionamento da armação. No Brasil, os métodos manuais de dimensionamento mais utilizados são baseados na teoria das bielas ou teoria das vigas. O método das bielas e tirantes considera, no interior do bloco, na parte inferior, tensões de tração que são combatidas pela armação, e no método das vigas é calculado um momento interno encontrado pela reação das estacas e os braços de alavanca até a seção desejada e o bloco é dimensionado como uma viga. Os métodos numéricos apresentados utilizam o conceito de radier estaqueado no dimensionamento dos blocos. Nos métodos numéricos foram utilizados os programas DIANA e GARP, que fornecem os momentos internos em todo o bloco de forma tridimensional. E os resultados foram comparados com o método manual pela teoria das vigas. Foram simulados blocos com 2, 4, 9, 25, 64 e 81 estacas com cargas aplicadas de distintas formas para uma avaliação do efeito do tamanho dos blocos. Das comparações executadas observou-se que no método manual e nos métodos numéricos os momentos totais encontrados são muito próximos, porém com uma distribuição diferenciada ao longo das seções dos blocos, que se torna mais evidente à medida que se aumenta a quantidade de estacas por bloco. Para os métodos manuais no centro do bloco os momentos internos são inferiores aos dimensionados como radier estaqueado, necessitando de uma armação complementar nesta região.