masterThesis
Estudo numérico de armaduras complementares em blocos sobre duas estacas com cálice parcialmente embutido com chave de cisalhamento
Numerical study of complementary reinforcement in two pile caps with partially embedded socket with shear key interface
Registro en:
MORAIS NETO, João Aurimar Correia de. Estudo numérico de armaduras complementares em blocos sobre duas estacas com cálice parcialmente embutido com chave de cisalhamento. Orientador: Rodrigo Barros. 2022. 187f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Autor
Morais Neto, João Aurimar Correia de
Resumen
Pile caps are foundation elements that presents a complex structural behavior and are
characterized by the presence of several sets of reinforcement that aim to improve their
characteristics when loaded. In this context, this paper aimed to study the influence of the
inclusion of complementary vertical reinforcement in two pile caps with partially embedded
socket with shear key interface and to propose new configurations of auxiliary reinforcements
for its detailing. Non-linear three-dimensional numerical analyzes were developed using the
ABAQUS finite element software. The numerical study was preceded by a peak force
calibration step based on experimental results obtained by Barros (2013). After calibrating the
model, numerical studies were carried out containing the complementary vertical
reinforcement, first, presenting the experimental parameters shown by Barros (2013) and then
another study where the fcm of the cap was varied between 35, 40, 45 and 50 MPa, which also
considered different reinforcement arrangements and steel areas. Stress levels in concrete and
reinforcement, shape of struts, slope of stress vectors, cracking and failure mode were analyzed.
The results showed that the inclusion of the complementary vertical reinforcement did not cause
significant changes in the models studied, even when magnified by four times their steel area.
However, the studies identified high tensile stresses in the concrete mass located in the region
between the column and the pile with inclinations angle close to 30º, which are caused by the
shear of the cap. Based on the reinforcement of such tensile stresses, this research analyzed four
proposals for complementary reinforcement. With the exception of the “MA” proposal, the
other reinforcements showed satisfactory results in terms of increasing the inclination and shape
of the connecting rod, reducing internal cracks in the concrete mass, reducing tensile stresses
in the cap and transfer the central loads to regions over the piles. Such benefits translated into
an increase in the load capacity of the block by 4,64% to 12.79%. Blocos sobre estacas são elementos de fundação que apresentam um comportamento estrutural
complexo e são caracterizados pela presença de diversos conjuntos de armadura que visam
melhorar as suas características quando carregado. Nesse contexto, este trabalho teve como
objetivo estudar a influência da inclusão de armaduras verticais complementares em blocos
sobre duas estacas com cálice parcialmente embutido com chave de cisalhamento e propor
novas configurações de armaduras auxiliares para o seu detalhamento. Foram desenvolvidas
análises numéricas tridimensionais não-lineares por meio do software de elementos finitos
ABAQUS. O estudo numérico foi antecedido por uma etapa de calibração da força de pico
tendo como base resultados experimentais obtidos por Barros (2013). Após calibrado o modelo,
foram realizados os estudos numéricos contendo a armadura vertical complementar
apresentando os parâmetros experimentais exibidos por Barros (2013) e um outro estudo onde
foi variado o fcm do bloco entre 35, 40, 45 e 50 MPa, o qual também considerou diferentes
arranjos de armadura e áreas de aço. Foram analisados os níveis de tensão no concreto e
armadura, formato das bielas, inclinação dos vetores de tensão, fissuração e modo de ruína. Os
resultados mostraram que a inclusão da armadura vertical complementar não exerceu alterações
significativas nos modelos estudados, mesmo quando ampliado em quatro vezes a área de aço
das mesmas. No entanto, os estudos identificaram elevadas tensões de tração no maciço de
concreto localizadas na região entre o pilar e a estaca com inclinações próximas de 30º, as quais
são originadas pelo cisalhamento do bloco. Tendo então como base o reforço de tais tensões de
tração, esta pesquisa analisou quatro propostas de armaduras complementares. Com exceção da
proposta “MA”, as demais armaduras demonstraram resultados satisfatórios quanto ao aumento
da inclinação e formato da biela, redução das fissuras internas do maciço de concreto, redução
das tensões de tração no bloco e elevação das cargas centrais da estrutura. Tais benefícios se
traduziram em um aumento da capacidade resistiva do bloco em 4,64% a 12,79%.