Simulação numérica de bloco de concreto sobre duas estacas metálicas: influência do comprimento de embutimento e orientação das estacas

dc.contributor.advisor-co1Delalibera, Rodrigo Gustavo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6277549281444797
dc.contributor.advisor1Almeida Filho, Fernando Menezes de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0447825383222965
dc.contributor.authorDe Marchi, Gabriela Souza
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5438175902733913
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-0608-8595
dc.date.accessioned2025-03-27T11:39:39Z
dc.date.issued2025-02-24
dc.description.abstractPile caps are volumetric structures responsible for enabling the transmission of loads from the superstructure to the soil. Among deep foundations, steel piles stand out for their use in engineering works and containment in difficult-to-penetrate soils due to their physical and mechanical properties. Even so, there is a scarcity of specific research and regulations that present sizing methods or experimental results for pile caps. Due to the complexity and high cost of full-size tests considering different analysis variables, it is common to use software based on the finite element method (FEM) to understand the structural behavior of these pile caps. In this context, this research evaluated, through numerical simulation, the influence of the embedded length and orientation of the two steel piles in the capping block, involving the analysis of the structural behavior of these foundation elements. The numerical simulations were initially calibrated based on a geometric and mechanically compatible model with an experimental test, seeking to reproduce the force versus displacement and maximum force curve. It was observed that, when adjusting the variations of the concrete damaged plasticity (CDP) parameters, the viscosity and the mesh discretization significantly influence the structural response, allowing the obtaining of a numerical force versus displacement curve compatible with the experimental results, as well as a maximum load very close to it. In addition, it was found that it is important to consider boundary conditions that faithfully reproduce those applied in the laboratory tests. The results indicated that the orientations of the piles up to 20° did not affect the resistant capacity of the pile cap. However, the orientations of 90°, the embedded length, and the compressive strength of the concrete influenced the ultimate resistance of the element. In addition, the variation in the orientation of the piles influenced how the compressive stresses were dispersed in the pile cap. It was observed that the analytical stress limits were more conservative in the upper nodal zone, presenting lower values in relation to the numerical results. Additional experimental studies are recommended to deepen the understanding of the mechanical behavior of the pile cap on two steel piles.eng
dc.description.resumoOs blocos sobre estacas são estruturas volumétricas encarregadas de viabilizar a transmissão das cargas da superestrutura para o solo. Dentre as fundações profundas, as estacas metálicas destacam-se pelo seu emprego em obras de arte e contenções em solos de difícil penetração, isto, por causa das suas propriedades físicas e mecânicas. Mesmo assim, são escassas as pesquisas e normativas específicas que apresentam métodos de dimensionamento ou resultados experimentais voltados para blocos sobre estacas metálicas. Por causa da complexidade e do alto custo de ensaios em tamanho real considerando diferentes variáveis de análise, é comum o uso de softwares baseados no método dos elementos finitos (MEF) para se compreender o comportamento estrutural desses blocos. Nesse contexto, a presente pesquisa avaliou, por meio de simulação numérica, a influência do comprimento de embutimento e da orientação das duas estacas metálicas no bloco de coroamento, envolvendo a análise do comportamento estrutural desses elementos de fundação. As simulações numéricas foram inicialmente calibradas a partir de um modelo geométrico e mecanicamente compatível com um ensaio experimental, buscando reproduzir a curva força versus deslocamento e força máxima. Observou-se que, ao ajustar as variações dos parâmetros concrete damaged plasticity (CDP), a viscosidade e a discretização da malha influenciam significativamente na resposta estrutural, permitindo a obtenção de uma curva força versus deslocamento numérica compatível com os resultados experimentais, bem como carga máxima bem próxima. Além disso, constatou-se a importância de se considerar condições de contorno que reproduzam fielmente aquelas aplicadas nos ensaios laboratoriais. Os resultados indicaram que as orientações das estacas até 20° não afetaram a capacidade resistente do bloco. Entretanto, as orientações de 90°, o comprimento de embutimento e a resistência à compressão do concreto influenciaram a resistência última do elemento. Além disso, a variação na orientação das estacas influenciou a forma de dispersão das tensões de compressão no bloco. Observou-se que os limites analíticos de tensão foram mais conservadores na zona nodal superior e inferior, ao apresentarem valores inferiores em relação aos resultados numéricos. Recomenda-se a realização de estudos experimentais adicionais para aprofundar a compreensão do comportamento mecânico do bloco sobre duas estacas metálicas.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationDE MARCHI, Gabriela Souza. Simulação numérica de bloco de concreto sobre duas estacas metálicas: influência do comprimento de embutimento e orientação das estacas. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21693.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21693
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectBloco
dc.subjectEstacas metálicas
dc.subjectEmbutimento
dc.subjectOrientação das estacas
dc.subjectConcreto
dc.subjectProjeto
dc.subjectSimulação numérica
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.titleSimulação numérica de bloco de concreto sobre duas estacas metálicas: influência do comprimento de embutimento e orientação das estacas
dc.title.alternativeNumerical simulation of concrete block on two steel piles: influence of embedment length and pile orientationeng
dc.typeDissertação

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