estudo de blocos em concreto armado

177 Pages·2017·5.71 MB·Portuguese

by  Diogo Schreiner Zanette

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

MATHEUS LOPES DE CARVALHO

Análise de confiabilidade de modelos de capacidade resistente de blocos de
fundação

São Paulo
2018
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MATHEUS LOPES DE CARVALHO

Análise de confiabilidade de modelos de capacidade resistente de blocos de
fundação

Versão Original

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para obtenção do título de
Mestre em Ciências.

Área de Concentração: Engenharia de Estruturas

Orientador: Prof. Ph.D. Fernando Rebouças Stucchi

São Paulo
2018
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Nome: CARVALHO, Matheus Lopes de
Título: Análise de confiabilidade de modelos de capacidade resistente de blocos de
fundação

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Ciências.

Aprovado em:

Banco Examinadora

Prof. Dr. _____________________________________________
Instituição: _____________________________________________
Julgamento: _____________________________________________

Prof. Dr. _____________________________________________
Instituição: _____________________________________________
Julgamento: _____________________________________________

Prof. Dr. _____________________________________________
Instituição: _____________________________________________
Julgamento: _____________________________________________
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AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço a Deus por tudo que tem me proporcionado; aos
meus pais, Roberto e Helena, aos meus avós, Filomena e Augusto e a minha esposa
Danielle por toda força e apoio. Agradeço também a Carolina Ribeiro da Silva e a
empresa França e Associados por todo o apoio concedido ao longo do
desenvolvimento desta dissertação; e em especial ao professor Fernando por todos
os ensinamentos e incentivo, contribuindo para meu crescimento científico e
intelectual.
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RESUMO

CARVALHO, M. L. Análise de confiabilidade de modelos de capacidade
resistente de blocos de fundação. 2018. 177p. Dissertação (Mestrado) – Escola
Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018.

O projeto estrutural deve considerar as incertezas provenientes das variáveis
envolvidas no dimensionamento dos elementos estruturais, tais como propriedades
dos materiais, dimensões dos elementos estruturais e intensidade dos carregamentos
atuantes. Existe também a variabilidade inerente aos métodos de análise estrutural,
originária de imprecisões na idealização da distribuição das tensões e deformações
dos elementos estruturais. Sendo assim, esta dissertação visa analisar a variabilidade
dos desvios dos modelos de cálculo propostos por Blevot e Frémy (1967), Fusco
(1994) e Santos (2013), todos baseados no método das bielas e tirantes, para blocos
sobre duas, três e quatro estacas submetidos a carregamento centrado. Estes
elementos estruturais possuem significativa importância, visto que atuam na
transmissão dos esforços provenientes dos pilares às fundações profundas. Os
modelos de cálculo foram confrontados entre si e com resultados experimentais de
Blevot e Frémy (1967), Mautoni (1971), Clarke (1973), Miguel (2000) e Suzuki et al.
(1998 / 1999 / 2000 / 2001) para determinação dos parâmetros estatísticos dos
desvios desses modelos em relação aos ensaios. Os resultados apontaram
desempenho satisfatório para os três modelos de cálculo. Em geral, todos os métodos
se mostraram favoráveis à segurança nos casos avaliados para os três tipos de blocos
de fundação.

Palavras chave: Concreto armado, blocos de fundação, modelo biela-tirante,
segurança das estruturas.
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ABSTRACT

CARVALHO, M. L. Reliability analysis of capacity resistance models of pile caps.
2018. 177p. Master’s thesis – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São
Paulo, 2018.

Structural design must consider the uncertainties coming from the variables
involved in dimensioning of the structural elements, such as material properties,
dimensions of structural elements, and intensity of active loads. There is also inherent
variability in structural analysis methods, originated from imprecision in idealization of
the distribution of tensions and deformations of structural elements. Thus, this
dissertation aims to analyze the variability of calculation models deviations proposed
by Blevot and Frémy (1967), Fusco (1994) and Santos (2013), all based on strut and
tie method, for two, three and four pile caps submitted to center load. These structural
elements are of significant importance, since they act in transmission of loads from
columns to deep foundations. Calculation models were compared with each other and
with experimental results from Blevot and Frémy (1967), Mautoni (1971), Clarke
(1973), Miguel (2000) and Suzuki et al. (1998 / 1999 / 2000 / 2001) to determine the
statistical parameters of these model deviations in relation to the tests. Results
indicated satisfactory performance for the three calculation models. In general, all
methods were favorable to safety in cases evaluated for the three pile caps types.

Keywords: Reinforced concrete, pile caps, strut-and-tie models, structural safety.
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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Analogia de treliça para viga de concreto armado. ................................. 28
Figura 2.2: Fissuras de ruptura nas proximidades dos apoios de uma viga seção “T”
com barras retas. ...................................................................................................... 29
Figura 2.3: Viga de concreto armado após o colapso: .............................................. 29
Figura 2.4: Trajetórias das tensões em vigas seção “T” homogêneas. ..................... 30
Figura 2.5: Mecanismo resistente das vigas de concreto armado com a presença de
estribos. ..................................................................................................................... 30
Figura 2.6: Representação esquemática da treliça. .................................................. 32
Figura 2.7: Trajetórias de tensões em regiões B e D. ............................................... 34
Figura 2.8: Regiões D (áreas hachuradas) com distribuição não-linear de deformações
.................................................................................................................................. 35
Figura 2.9: Modelo biela-tirante (b) obtido a partir da análise das tensões principais
em de um modelo em elementos finitos (a)............................................................... 36
Figura 2.10: Método biela-tirante obtido a partir da análise do padrão de fissuração.
.................................................................................................................................. 37
Figura 2.11: O modelo mais apropriado (a) possui tirantes mais curtos do que o modelo
menos adequado (b). ................................................................................................ 39
Figura 2.12: Aderência por adesão. .......................................................................... 41
Figura 2.13:Aderência por atrito. ............................................................................... 42
Figura 2.14: Ancoragem mecânica. ........................................................................... 42
Figura 2.15: Diagrama das tensões de aderência. .................................................... 43
Figura 2.16: Comprimento básico de ancoragem reta. ............................................. 45
Figura 2.17: Comprimentos reduzidos de ancoragem. .............................................. 46
Figura 2.18: Ancoragem Curvas. ............................................................................... 47
Figura 2.19: Diferentes configurações de bielas. ...................................................... 48
Figura 2.20: Nós contínuos 1 e nós singulares 2 ...................................................... 49
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Figura 2.21: Exemplos de nós CCC. ......................................................................... 50
Figura 2.22: Exemplo de nó CCT. ............................................................................. 51
Figura 2.23: Exemplo de nó CTT. ............................................................................. 51
Figura 2.24: Influência das deformações transversais na resistência à compressão do
concreto..................................................................................................................... 53
Figura 3.1: Distribuições de probabilidade das variáveis R, S e G. ........................... 63
Figura 4.1: Esquemático para blocos sobre 2 estacas .............................................. 68
Figura 4.2: Esquemático para blocos sobre 3 estacas: ............................................. 71
Figura 4.3: Arranjo de armaduras .............................................................................. 73
Figura 4.4: Esquemático de blocos sobre 4 estacas ................................................. 74
Figura 4.5: Arranjo de armaduras .............................................................................. 75
Figura 4.6: Funcionamento estrutural básico do bloco ............................................. 81
Figura 4.7: Tensões nos planos horizontais do bloco. ............................................. 82
Figura 4.8: Ampliação da seção resistente. ............................................................. 83
Figura 4.9: Tensões nos planos horizontais do bloco. ............................................. 84
Figura 4.10: Resistência das bielas junto às estacas. ............................................... 86
Figura 4.11: Determinação das armaduras em duas camadas ortogonais. ............. 88
Figura 4.12: Esquemático de blocos sobre 2 estacas ............................................... 89
Figura 4.13: Esquemático para blocos sobre 3 estacas:. .......................................... 91
Figura 4.14: Esquemático para blocos sobre 4 estacas. ........................................... 93
Figura 4.15: Arranjo de armaduras ............................................................................ 94
Figura 4.16: Modelo biela-tirante para bloco sobre estacas. ..................................... 95
Figura 4.17: Esquemático para blocos sobre 2 estacas:. ........................................ 100
Figura 4.18: Esquemático para blocos sobre 3 estacas: ......................................... 102
Figura 4.19: Esquemático de blocos sobre 4 estacas ............................................. 104
Figura 4.20: Perfil das bielas ................................................................................... 105