Simulação numérica da influência da carga excêntrica e da altura do embutimento da estaca no comportamento estrutural de blocos rígidos de concreto armado sobre duas estacas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rocha, Cleyton Éder Rodrigues Rocha
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19676
Resumo: Deep foundations, such as piles and caissons, are responsible for supporting buildings and rely on cap blocks to distribute loads to the soil. Therefore, correct block design and execution are essential processes to ensure the safety and efficiency of constructions. Upon reviewing the literature, it was noticed that two factors can affect the proper performance of blocks. The first is the application of eccentric load, which can impact stress distribution and the load-bearing capacity of blocks on piles. The second is inadequate embedding of piles in blocks, which can also lead to possible structural failures. Consequently, there was a need to understand the structural behavior of the block under these factors, identifying critical points in the system and thus contributing to a more suitable design. The objective of this work was to analyze the influence of pile embedment height in the block and the eccentricity of loads applied to the rectangular section pillar in a block over two square-section piles, through non-linear numerical simulation using the finite element method in the ABAQUS® software. Equal and different embedment heights were adopted for the two piles, with values of 5 cm, 10 cm, and 15 cm. Eccentric load was applied, which could be to the left or right of the pillar axis, at 0 cm, 5 cm, 10 cm, and 15 cm, totaling 33 models. The results were compared with a reference model calibrated in this work. As a result, it was observed that models with eccentricities showed less resistance, exhibiting losses of up to 30% of strength compared to centrally loaded ones. The variation in pile embedment had little influence on final strength, but models with 15 cm embedments of piles showed more resistance due to higher stress in the tie reinforcement, especially under centrally loaded conditions. Models with varied pile embedment showed lower ultimate resistance when the vertical displacement applied to the pillar was in the direction of the less embedded pile. Finally, early concrete damage was more evident in models with greater embedment, highlighting its importance in damage propagation. For shallower pile embedments, initial damage appeared at around 20% of the ultimate force, while deeper embedments experienced initial damage at around 15% of this force.
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Therefore, correct block design and execution are essential processes to ensure the safety and efficiency of constructions. Upon reviewing the literature, it was noticed that two factors can affect the proper performance of blocks. The first is the application of eccentric load, which can impact stress distribution and the load-bearing capacity of blocks on piles. The second is inadequate embedding of piles in blocks, which can also lead to possible structural failures. Consequently, there was a need to understand the structural behavior of the block under these factors, identifying critical points in the system and thus contributing to a more suitable design. The objective of this work was to analyze the influence of pile embedment height in the block and the eccentricity of loads applied to the rectangular section pillar in a block over two square-section piles, through non-linear numerical simulation using the finite element method in the ABAQUS® software. Equal and different embedment heights were adopted for the two piles, with values of 5 cm, 10 cm, and 15 cm. Eccentric load was applied, which could be to the left or right of the pillar axis, at 0 cm, 5 cm, 10 cm, and 15 cm, totaling 33 models. The results were compared with a reference model calibrated in this work. As a result, it was observed that models with eccentricities showed less resistance, exhibiting losses of up to 30% of strength compared to centrally loaded ones. The variation in pile embedment had little influence on final strength, but models with 15 cm embedments of piles showed more resistance due to higher stress in the tie reinforcement, especially under centrally loaded conditions. Models with varied pile embedment showed lower ultimate resistance when the vertical displacement applied to the pillar was in the direction of the less embedded pile. Finally, early concrete damage was more evident in models with greater embedment, highlighting its importance in damage propagation. For shallower pile embedments, initial damage appeared at around 20% of the ultimate force, while deeper embedments experienced initial damage at around 15% of this force.As fundações profundas, como estacas e tubulões, são responsáveis pela sustentação das edificações e dependem de blocos de coroamento para distribuir as cargas ao solo. Logo, o correto dimensionamento e execução do bloco são processos essenciais para garantir a segurança e a eficiência das construções. Ao avaliar a literatura, percebeu-se que dois fatores podem afetar o bom desempenho dos blocos. O primeiro é a aplicação de carga excêntrica, que pode impactar a distribuição de tensões e a capacidade de carga dos blocos sobre estacas. O segundo é o inadequado embutimento das estacas nos blocos, que pode levá-lo também a possíveis falhas estruturais. Diante disso, percebeu-se a necessidade de compreender o comportamento estrutural do bloco sob esses fatores, identificando pontos críticos no sistema e colaborando, assim, para um projeto mais adequado. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência da altura de embutimento das estacas no bloco e da excentricidade de cargas aplicadas no pilar de seção retangular em um bloco sobre duas estacas de seção quadrada, por meio de simulação numérica não-linear, utilizando o método dos elementos finitos no software ABAQUS®. Adotou-se alturas de embutimento iguais e diferentes para as duas estacas, sendo seus valores 5 cm, 10 cm e 15 cm. Foi adotada carga excêntrica, podendo estar à esquerda ou direita do eixo do pilar, de 0 cm, 5 cm, 10 cm e 15 cm, totalizando 33 modelos. Os resultados foram comparados com um modelo de referência calibrado neste trabalho. Como resultados, percebeu-se que modelos com excentricidades se mostraram menos resistentes, apresentando perdas de até 30% da resistência se comparada aos sob cargas centradas. A variação do embutimento das estacas teve pouca influência na resistência final, mas os modelos com embutimentos de 15 cm das estacas se mostraram mais resistentes devido a maior solicitação na armadura do tirante, especialmente sob cargas centradas. Os modelos com embutimento variado das estacas apresentaram menor resistência última quando o deslocamento vertical aplicado no pilar, estava na direção da estaca menos embutida. Por fim, a danificação precoce do concreto foi mais evidente em modelos com maior embutimento, destacando sua importância na propagação de danos. Para embutimentos menores das estacas, os primeiros danos surgiram em torno de 20% da força última, enquanto embutimentos maiores obtiveram danos iniciais em torno de 15% dessa força.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSimulação numéricaFundações profundasBloco de coroamentoCarga excêntricaEmbutimento das estacasEstudo paramétricoNumerical simulationDeep foundationsCrowning blockEccentric loadPile embeddingParametric studyENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURASSimulação numérica da influência da carga excêntrica e da altura do embutimento da estaca no comportamento estrutural de blocos rígidos de concreto armado sobre duas estacasNumerical simulation of the influence of eccentric load and embedment depth of the pile on the structural behavior pile caps reinforced concrete on two pilesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação_Cleyton Rocha_.pdfDissertação_Cleyton Rocha_.pdfapplication/pdf20888338https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19676/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o_Cleyton%20Rocha_.pdf3c42ea8428561a864e3c53598b804e46MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19676/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTDissertação_Cleyton Rocha_.pdf.txtDissertação_Cleyton Rocha_.pdf.txtExtracted texttext/plain237065https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19676/3/Disserta%c3%a7%c3%a3o_Cleyton%20Rocha_.pdf.txtc5e806968b2fa5987c4c90c4d7512d17MD53ufscar/196762024-05-14 17:14:31.133oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19676Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:14:31Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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