Four-pile caps made from concrete are essential elements for the force transfer from the superstructure to piles or pipes. Due to the difficulties in carrying out full-scale tests and all the instrumentation involved, the use of numerical models as a way to study the mechanical behavior of these elements presents itself as a good alternative. Such numerical studies usually provide useful information for the update and improvement of normative standards and codes. The concrete damaged plasticity (CDP) constitutive model, which combines damage and plasticity with smeared-crack propagation, stands out in the simulation of reinforced concrete. This model is composed of five parameters: dilatation angle (ψ), eccentricity (ϵ), ratio between biaxial and uniaxial compressive strength (σ_bo/σ_co), failure surface in the deviator plane normal to the hydrostatic axis (K_c), and viscosity (μ). For unidimensional elements, the values of the CDP parameters are well defined, but for volumetric elements, such as concrete pile caps, there is a gap in the literature regarding the definition of these values. This fact ends up limiting the use of the CDP on these structural elements due to the uncertainties involved. Therefore, the aim of this research was to calibrate two numerical models of concrete four-pile caps with different failure modes for the evaluation of the sensitivity of the CDP parameters, except for ϵ, which remained constant. As a result, the parameters σ_bo/σ_co and K_c did not significantly influence the calibration of the force × displacement curves of the simulated structures. Values of ψ and μ equal to 36° and 1 × 10⁻⁴, respectively, are recommended for “static” analysis, while for “quasi-static” analysis, ψ values ranging between 45° and 50° are suggested according to the failure mode. The results also showed to be sensitive to the constitutive relation of concrete tensile behavior in both modes of analysis. For geometric parameterization, the “static” analysis is recommended due to the lower coefficient of variation (3.29%) compared to the “quasi-static” analysis (19.18%). This conclusion is supported by the evaluation of the ultimate load of the numerical models from the geometrically parametric study compared to the results estimated by an analytical model.

Technical literature provides experimental campaign results for four-pile caps with significant value in structural engineering. However, failure modes and measurement of these specimens are particularly challenging due to their volumetric nature. These experimental records are frequently utilized to evaluate analytical models focusing on less conservative than normative models to predict rupture force. Moreover, recent studies emphasize the necessity of developing simplified predictive models. In this context, the objective of this study was to evaluate the feasibility of regression models for estimating the rupture force associated with strut failure. The evaluation was based on a commonly used database and employed analysis of variance (ANOVA) at a 5% significance level to identify critical variables. The regression models were developed with variable interactions incorporated into the equations in three forms: (i) without interaction, (ii) with linear interaction, and (iii) with quadratic interaction. An analysis of the developed regression models identified a model with satisfactory accuracy. This model achieved an average predicted force ratio of 1.00 (COV = 14%) for the database and 1.03 (COV = 16.68%) for extrapolated numeric models in finite elements with the concrete damaged and plasticity (CDP) constitutive model, initially calibrated with experimental tests. A methodology was proposed to assist in the initial design of four-pile caps.

Devido aos impactos causados ao meio ambiente, a construção civil procura soluções que minimizem essa consequência. Dentre as diversas possibilidades, destaca-se a utilização de resíduos gerados pela construção civil, sendo imprescindível o entendimento do comportamento mecânico desse tipo de material. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo, avaliar a tensão de aderência entre armadura longitudinal e a matriz de concreto produzida com agregados mistos obtidos pela substituição parcial do agregado miúdo natural por agregado proveniente de resíduos da construção civil (RCC). Para tanto, foram produzidas misturas de concreto com substituição dos agregados miúdos naturais (AN) pelos agregados de resíduos nas proporções de 0%, 10%, 25% e 50%. Foram produzidos 25 corpos de prova para cada um dos traços, sendo 10 deles com segmentos de barra de aço com diâmetro de 10 mm inseridos para a realização de ensaios de arrancamento “pull-out tests”. A resistência média mínima de aderência estipulada pela RILEM – CEB – FIP (1983) de 6,8 MPa foi atingida em todos os corpos de prova ensaiados. Além do aumento na resistência mecânica à compressão e à tração por compressão diametral, os resultados indicaram a viabilidade de substituição dos agregados naturais por agregados resíduos com aumentos de, aproximadamente, 20% na resistência de aderência em corpos de prova com teor de substituição igual a 10%.

Blocos de fundação são elementos volumétricos responsáveis por transmitir das cargas da superestrutura para as camadas mais profundas do subsolo por meio das estacas ou tubulões. Uma alternativa usual para solos de difícil perfuração são as estacas metálicas, por causa das suas propriedades físicas e mecânicas. No entanto, a literatura técnica apresenta poucos estudos de blocos de concreto sobre estacas metálicas, assim como normativas relacionadas ao dimensionamento desse tipo elemento estrutural. Neste contexto, e considerando a possibilidade de alteração da posição da estaca pelo processo de cravação, avaliou-se a influência da rotação da estaca na capacidade de resistência dos blocos de concreto sobre duas estacas. Adicionalmente, também foi avaliado a influência dessa característica juntamente com a resistência do concreto. Constatou-se que a rotação da estaca metálica, que pode ocorrer por interferências durante a execução, não provoca variação significativa na capacidade portante desses elementos estruturais, independente da resistência do concreto. Sugere-se que esse comportamento seja avaliado experimentalmente.

O CDP (Concrete Damaged Plasticity) é uma relação constitutiva utilizada para simulação numérica de elementos de concreto armado. A literatura técnica não apresenta discussões sobre o uso destas metodologias em blocos de concreto sobre estacas. Este estudo analisou o comportamento de modelos numéricos de blocos de concreto sobre 4 estacas com o CDP. Foi realizado uma parametrização das variáveis do CDP para calibração dos modelos e análise do comportamento estrutural. Considerando as metodologias de processamento, o modelo quasi-static apresentou menor esforço computacional, no entanto, recomenda-se que seu uso seja efetuado com uma malha refinada na ordem de 3% da menor dimensão do elemento volumétrico. Além disso, os valores dos parâmetros do CDP não foram coincidentes entre os solucionadores, necessitando realizar a calibração por meio de parametrizações para cada modo de processamento