Publicação: Análise experimental e numérica sobre a influência de chapas de ligação bloco-estaca no comportamento mecânico de blocos sobre duas estacas metálicas
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS::ESTRUTURAS DE CONCRETO
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Resumo
O bloco de coroamento é projetado como um elemento de transição, transferindo as ações da
superestrutura para as estacas. Embora amplamente utilizado, não existe um método de cálculo
unificado ou consenso sobre os parâmetros a serem utilizados em seu dimensionamento.
Geralmente, o método de bielas e tirantes é empregado em blocos considerados rígidos,
enquanto o método das seções é usado para blocos flexíveis. Além disso, as limitações do
conhecimento científico sobre o comportamento de blocos sobre estacas metálicas, juntamente
com a escassez de literatura técnica disponível, resultam em divergências entre os métodos
analíticos e na ausência de normatização. Isso pode levar a verificações equivocadas, resultando
em superdimensionamento ou subdimensionamento desses elementos, o que pode causar
desperdício de materiais ou comprometer a segurança estrutural das edificações. Diante dessas
questões, este trabalho propôs investigar o comportamento mecânico de blocos adicionando
uma chapa soldada no topo das estacas metálicas, referida como chapa de ligação, a fim de
aumentar a área da zona nodal inferior e reduzir as tensões nessa região. Para o desenvolvimento
dessa investigação, foram fabricados 6 modelos de blocos sobre duas estacas metálicas de perfil
W laminado, com variações de armaduras e espessuras das chapas de ligação. Os ensaios dos
modelos experimentais permitiram a análise do comportamento geral dos modelos, da rigidez
e força última, da deformação dos tirantes, das estacas, das armaduras longitudinais dos pilares
e do concreto na região das bielas. Os resultados indicaram que a adição de uma chapa de
ligação em blocos sobre estacas metálicas pode aumentar significativamente a capacidade
resistente desses elementos. Para aprofundar o estudo, foram desenvolvidas simulações
numéricas no Software ABAQUS/CAE®, utilizando os modelos ensaiados experimentalmente
para aferir os modelos numéricos e compreender os fluxos de tensões e o comportamento
mecânico dos modelos. Com o desenvolvimento dessas análises, espera-se contribuir para o
avanço do conhecimento sobre o comportamento mecânico de blocos sobre estacas metálicas e
buscar maneiras de otimizá-los.
Abstract
The pile cap is designed as a transition element that transfers loads from the superstructure to
the piles. Although widely used, there is no unified calculation method or consensus on the
parameters to be used in its design. Typically, the strut-and-tie method is employed for rigid
pile caps, while the sections method is used for flexible pile cap. In addition, the limitations of
scientific knowledge on the behavior of pile caps on steel piles, together with the scarcity of
available technical literature, result in divergence between analytical methods and the absence
of standardization. This can lead to incorrect verifications, resulting in oversizing or undersizing
of these elements, which can cause material waste or compromise the structural safety of
buildings. Considering these issues, this study proposed to investigate the mechanical behavior
of pile caps by adding a welded plate on top of the steel piles, referred to as a connection plate.
This plate increases the area of the lower nodal zone, reducing stresses in this region. For this
investigation, 6 models of pile caps on two I-beam steel piles were fabricated, with variations
in reinforcement and connection plate thicknesses. The experimental tests allowed for the
analysis of the models' overall behavior, stiffness, and ultimate strength, the deformation of the
ties, piles, column longitudinal reinforcements and the concrete in the strut region. The results
showed that adding a connection plate to pile caps on steel piles can significantly increase their
load-bearing capacity. To further the study, numerical simulations were conducted using
ABAQUS/CAE® software, utilizing the experimentally tested models to validate the numerical
models and understand the stress flows and mechanical behavior. Through these analyses, the
study aims to advance knowledge on the mechanical behavior of pile caps on steel piles and
explore ways to optimize them.
Palavras-chave
Análise experimental, Análise numérica, Blocos sobre estacas, Fundações, Foundations, Numerical analysis, Experimental analysis, Pile caps, Steel piles, Estacas metálicas
Citação
SILVA, Adriel Augusto dos Santos. Análise experimental e numérica sobre a influência de chapas de ligação bloco-estaca no comportamento mecânico de blocos sobre duas estacas metálicas. 2024. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5135.
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