Resumo Blocos sobre estacas podem ser dimensionados utilizando-se, preferencialmente, modelos plásticos (bielas e tirantes) e modelos baseados na teoria da flexão. Com o intuito de analisar o comportamento das tensões nas regiões nodais inferior e superior do bloco, fez-se uma análise teórica dos resultados dos ensaios experimentais realizados por diversos pesquisadores. Observaram-se divergências nos resultados e, em função disto, foi feita uma análise crítica que permitiu a sugestão de uma nova metodologia para a verificação das tensões nodais junto a zona nodal superior, baseada no comportamento multiaxial do concreto.

Abstract 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.

Este artigo analisa o comportamento estrutural de blocos de concreto armado sobre seis estacas dispostas em arranjo retangular. Considerou-se a deformabilidade do solo de apoio das estacas, diferentes resistências para o concreto e pilares com seções transversais quadradas eretangulares, solicitados por força centrada. O dimensionamento foi feito por um modelo de bielas e tirantes. Realizou-se análise numéricatridimensional por meio do método dos elementos finitos. A configuração do fluxo de tensões e a formação das bielas foram analisadas emperspectiva. Observou-se que quanto mais deformável for o solo, mais uniformes são as distribuições das reações entre as estacas. A seçãotransversal do pilar influenciou na configuração das bielas. A variação da resistência do concreto teve maior influência na resistência dos blocos do que na rigidez. O método analítico utilizado apresentou compatibilidade com os resultados obtidos na simulação numérica.

This paper presents the structural behavior of six reinforced concrete pile caps in rectangular arrangement, considering the ground deformability of pile support, different concrete strengths with square or rectangular cross section of column under central load. For this purpose, the analysis emphasizes a strut and tie method design and a three-dimensional numerical using the finite element method. So, the stress flow configuration and the formation of struts were seen in perspective. How much deformable is the ground, more uniform are the reactions distribution observed between the piles. The column cross section influenced the configuration of the connecting struts. The concrete strength variation had more influence in the pile caps strength than the stiffness. The analytical method has shown compatibility which obtained from the numerical simulation results.

O comportamento estrutural dos blocos sobre estacas com cálice embutido é influenciado pelo tipo de interface pilar-cálice, a qual pode ser lisa ou rugosa. Com o objetivo de analisar o comportamento de blocos sobre duas estacas com cálice embutido, considerando a rugosidade da interface pilar-cálice, submetido à ação de força normal excêntrica, realizaram-se simulações numéricas, desenvolvidas em programa de computador baseado no método dos elementos finitos - MEF. Na análise numérica as não-linearidades físicas dos materiais concreto e aço foram consideradas, como também o atrito nas interfaces entre as paredes do pilar e do cálice. Considerou-se aderência perfeita entre as barras de aço das armaduras com o concreto do entorno. Observou-se que o comprimento de embutimento do pilar no interior do bloco é fator preponderante no comportamento estrutural do elemento em análise.

The structural behavior of pile caps with sockets embedded is influenced by interface of column-socket, which can be smooth or rough. With intent to analyze the behavior of two pile caps with embedded socket, considering the friction between the column and the socket, with eccentric normal load, the numerical simulations were carried out, using a program based on the Finite Element Methods (FEM). In the numerical analysis the non-linear behavior of materials was considered, also the friction between the column and the socket. It was considered perfect bond between the reinforcement and the concrete around. It was observed that the embedded length is preponderant factor in the structural behavior of the analyzed element.

Para o dimensionamento de blocos sobre estacas utilizam-se geralmente os modelos baseados na analogia de escoras (bielas) e tirantes e teoria de flexão. O modelo de Blévot e Frémy [1] é um dos modelos de cálculo utilizado para o dimensionamento de blocos sobre estacas. Outro método para o dimensionamento de blocos sobre estacas é o modelo de viga que utiliza a teoria geral de flexão. No modelo dos pesquisadores franceses a seção transversal do pilar é proporcional à seção transversal da escora junto ao pilar. Para verificar a influência da seção transversal do pilar no comportamento estrutural dos blocos, realizaram-se ensaios experimentais de blocos sobre duas estacas, variando-se as dimensões da seção transversal do pilar e as alturas dos blocos. Análise comparativa dos resultados experimentais com relação aos resultados encontrados pelo modelo de Blévot e Frémy [1] foi realizada. Observou-se que o aumento da seção transversal do pilar conferiu aos blocos maiores capacidades resistentes.

To design of the pile caps are utilized the strut and tie model and bending theory. The Model Blévot and Frémy [1] is one of the models used to design of pile-caps. Another method for the design of caps is Model Beam that used bending theory. In the model of French researchers to cross section of the column is proportional to the cross section of strut near the column. To check the influence of the column cross section in the structural behaviour of the pile caps, experimental tests of the two pile caps were realized, varying the dimensions of the column and the high of the pile caps. Comparative analysis of experimental results with the results found by the Model Blévot and Frémy [1] was realized. It was observed that the increase of the column cross section conferred the pile caps greater strength capacity.

As propriedades das barras de aço são causas de importantes problemas, tais como a durabilidade, ocorridos em certas estruturas de concreto armado. O uso de barras de fibras de vidro impregnadas com polímero (FRP) é uma das alternativas encontradas na literatura para essas estruturas específicas. Neste trabalho, seis vigas de concreto armado foram submetidas a ensaios de flexão em quatro pontos. Uma das vigas foi armada com aço CA-50 (viga de controle) e outras cinco foram armadas com barras de fibra de vidro impregnadas com polímero. Os ensaios foram realizados no Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos. O programa experimental tinha por objetivo fazer uma comparação, em termos de resistência, deformação da armadura, deslocamento e alguns aspectos de ancoragem, das vigas armadas com barras de GFRP e a viga de controle armada com barras de aço CA-50. Os resultados mostraram que as vigas armadas com barras de GFRP apresentaram resistências menores do que a da viga armada com barras de aço, quando dimensionadas com os mesmos parâmetros de resistência. Além disso, foi observado que as vigas armadas com barras de GFRP podem atingir a mesma resistência à flexão da viga com barras de aço se, além da força resultante das tensões de tração nas barras também as rigidezes forem iguais, ou seja, se os produtos de inércia Ec Ac forem iguais.

The use of fiber reinforced polymer (FRP) bars is one of the alternatives presented in recent studies to prevent the drawbacks related to the steel reinforcement in specific reinforced concrete members. In this work, six reinforced concrete beams were submitted to four point bending tests. One beam was reinforced with CA-50 steel bars and five with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. The tests were carried out in the Department of Structural Engineering in São Carlos Engineering School, São Paulo University. The objective of the test program was to compare strength, reinforcement deformation, displacement, and some anchorage aspects between the GFRP-reinforced concrete beams and the steel-reinforced concrete beam. The results show that, even though four GFRP-reinforced concrete beams were designed with the same internal tension force as that with steel reinforcement, their capacity was lower than that of the steel-reinforced beam. The results also show that similar flexural capacity can be achieved for the steel- and for the GFRP-reinforced concrete beams by controlling the stiffness (reinforcement modulus of elasticity multiplied by the bar cross-sectional area - EA) and the tension force of the GFRP bars.

Existem vários modelos para o dimensionamento de blocos sobre estacas, sendo que um deles é o modelo de escoras (bielas) e tirantes. Escoras são representações gráficas dos fluxos das tensões principais de compressão de um dado elemento, enquanto que os tirantes representam os fluxos das tensões principais de tração deste. A NBR 6118:2003 [1] recomenda a utilização de modelos de escoras e tirantes para o dimensionamento e verificação de elementos estruturais de volume, idéia que se aplica aos blocos sobre estacas. Os conceitos de modelos de escoras e tirantes são simples e muito utilizados na análise de estruturas de concreto. Basicamente, o modelo consiste em determinar às áreas das barras de aço da armadura principal de tração por meio das tensões de tração obtidas para o tirante e verificar a ruptura do concreto da diagonal comprimida junto à zona nodal inferior e superior (entende-se por zona nodal superior e inferior as interfaces pilar-bloco e estaca-bloco respectivamente). A integridade da diagonal comprimida é garantida quando as intensidades das tensões nas zonas nodais superior e inferior são menores que um valor último. Esse valor último é determinado em função das propriedades mecânicas do concreto do bloco e as tensões nas zonas nodais inferior e superior são determinadas em função da força resultante das tensões atuantes na diagonal comprimida e de suas áreas. A forma correta da diagonal comprimida no interior do bloco é desconhecida. Por meio de uma análise experimental obtiveram-se as deformações principais de compressão e a forma geométrica das diagonais comprimidas em blocos sobre duas estacas submetidos à ação de forças centrada e excêntrica, como também as intensidades das tensões atuantes na zona nodal inferior.

There are several models for the design of pile caps, one of them, is the strut and tie model. Struts are graphical representations of the flows of the compression principal stress, while, the tie represents the flows of the tensile principal stress. The NBR 6118:2003 [1] recommends the use of strut and tie model for the design and verification of pile caps. The use of simple strut and tie models is much used by engineers. Basically, the model consists in determining steel areas based on the traction tie and verifying the crushing of the concrete in the inferior and superior nodal zones (the interface between the inferior face of the pile cap and the pile is the inferior nodal zone and, the interface between the superior face of the pile cap and the column, is the superior nodal zone). The strut integrity is guaranteed when the stress intensities in the superior and inferior nodal zones are lower than the limit value. This limit value is determined in function of the mechanical properties of the concrete pile cap and the stresses in the strut are determined in function of the internal forces and the area of the inferior and superior nodal zones. The correct form of the diagonal compression inside the pile cap is unknown. In function of the experimental analysis of the principal compression strain, the geometric form of the strut to two pile caps submitted the centered and eccentric load is shown along with the intensity of the stress in the inferior nodal zone.

Este trabalho discute a utilização de armadura de confinamento em vigas superarmadas de concreto armado. Essa armadura é constituída de estribos quadrados colocados na região de compressão da seção transversal da viga, aumentando a ductilidade. Para a análise numérica, utilizou-se um programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos que considera o efeito do confinamento no concreto, possibilitando estudar criteriosamente a influência da armadura de confinamento em vigas superarmadas. Na etapa experimental foi investigada a influência da taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento, sendo realizados ensaios de quatro vigas superarmadas - três detalhadas com estribos adicionais destinados ao confinamento e uma projetada sem armadura de confinamento. Todas as vigas tiveram deformações nas barras da armadura de tração próximas a ey e resistência média à compressão do concreto de 25 MPa. Os resultados experimentais mostraram que o índice de ductilidade pós-pico é proporcional à taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento. Isso não aconteceu para o índice de ductilidade pré-pico, que teve variação aleatória com a taxa volumétrica de armadura de confinamento. Observou-se também que a resistência à compressão do concreto confinado no núcleo de confinamento diminuiu na proximidade da linha neutra.

This paper discusses the use of confinement in over-reinforced concrete beams. This reinforcement consists of square stirrups, placed in the compression zone of the beam cross-section, in order to improve its ductility. A parametric numerical study is initially performed, using a finite element computational program that considers the material nonlinearities and the confinement effect. To investigate the influence of the transverse reinforcing ratio on the beam ductility, an experimental program was also conducted. Four over-reinforced beams were tested; three beam specimens with additional transverse reinforcement to confine the beams, and one without it. All specimens were fabricated with a concrete designed for a compressive strength of 25 MPa. The experimental results show that the post-peak ductility factor is proportional to the confining reinforcement ratio, however the same is not observed for the pre-peak ductility factor, which varied randomly with changes in the confining reinforcement ratio. It was also observed from the experiments that the confinement effect tends to be smaller close to the beam neutral axis.