This paper reports the numerical analysis of several pile caps, supported on one steel pile. The variables studied were the column contact area, the pile embedment into the cap and the presence of a bearing steel plate, welded at the pile head. The numerical analysis was based out from a three-dimensional model, set by the finite element method analysis. The results showed that the pile embedment length has a great influence on the mechanical behavior of the reinforced concrete caps, although this aspect has not been well explored analytically or experimentally yet. In addition, it was verified that the pile embedment length has influence over the stress flow and the ultimate strength of the cap. The results also pointed out that a steel plate at the top of the steel pile may lead to a positive effect by improving the load distribution inside the pile cap.
Pile caps can be dimensioned using, preferably, plastic models (strut-and-tie) and models based on the flexion theory. In order to analyze the behavior of the stresses in the lower and upper nodal regions of the cap, a theoretical analysis of the experimental results found by several researchers was made. There was a discrepancy in the results obtained and, as a result, a critical analysis carried out and a new methodology for the verification of the nodal stress near the upper zone, based on the multiaxial behavior of the concrete, is suggested.
Reinforced concrete pile caps may be designed trough plastic models (strut and tie model) or models based on bending theory. The formulae available for verifying the stress is based on caps supported on concrete piles, with few studies about the stress distribution on caps supported on steel piles. To analyze the structural behavior of caps supported on steel piles, as well as the stress on the superior and inferior nodal zones, four two-pile caps supported on steel piles were tested. The variables were the embedment length and in one of the specimens a steel plate was welded on top of both piles. It was observed that the embedment length has substantial influence on pile cap structural behavior. It was concluded that, to verify the stress on inferior nodal zone of the cap, aside from pile area, an area of concrete confined between the flaps of the pile must be considered.
Agradeço ao Criador, que por meio de seu amor supremo me dá subsídios para viver. Amor este que é condição necessária, sem o qual este trabalho não haveria de ser. Ao Criador é que devo, pelo caminho que trilhei e pelo que ainda hei de percorrer. Ao Criador pois, agradeço por toda a vida, por cada respiração, pelo pão de cada dia, por todas as experiências, por todo o suporte, por todas as alegrias, por todas as tristezas, por todo o trabalho, por todas as dificuldades e por todos os aprendizados. À minha família, por tudo que construí até hoje, por terem me dado base sólida e orientação que me incentivaram a trilhar meu próprio caminho. Agradeço por terem me dado as condições física e emocional para me mudar de cidade, concluir a graduação e hoje estar concluindo o mestrado. Eles sabem como essa jornada foi árdua para mim, mas nunca deixaram de estar ao meu lado. Gratidão eterna a meu pai Aurélio, minha mãe Rosanna e meus irmãos Júlia e Arthur. Agradeço ao meu orientador Rodrigo Delalibera, um grande exemplo para mim e com quem aprendi muito neste período. Sou muito grato por ter tido a oportunidade ser orientado pelo professor Rodrigo, sempre muito disposto e paciente, por isso agradeço por todo esforço e dedicação dispendidos para que este trabalho pudesse ser realizado. Agradeço aos amigos de mestrado Márcio Alves e Paulo Júnior por todos os momentos de trabalho e de descontração. Ao casal de amigos Pedro Henrique Machado e Marília Côrtes pela presença amiga. À grande amiga e professora de yoga Yanne Novais, por compartilhar comigo tantos momentos e aprendizados. Aos colaboradores da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia, em especial à Cristiane Pires, sempre muito solícita e disposta, cuja colaboração foi essencial para a realização de todo o programa experimental deste trabalho, e ao Avelino Gomes, que contribuiu imensamente na execução dos blocos. À CAPES pelo apoio e incentivo à pesquisa, fornecidos na forma de bolsa de estudos concedida ao autor, e às companhias GERDAU , pela doação dos perfis metálicos utilizados no programa experimental, e BRASMIX , pelo fornecimento do concreto utilizado nos blocos.
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