Pile-soil-superstructure interaction using BEM-FEM coupling

Fundações do tipo radier estaqueado são aquelas formadas pelos elementos estruturais de placa e estacas (elementos de barras) e o solo . Ao contrário de outras tipos de fundações, onde a carga da superestrutura é transferida ao solo pelo radier ou pelas estacas apenas, no radier estaqueado a contribuição das estacas, bem como a do radier são consideradas. As estacas transferem as cargas da superestrutura ao solo e, assim, permitem a redução dos recalques de uma forma muito econômica. O objetivo do presente trabalho é a análise da interação solo-estrutura através do acoplamento MEC-MEF. O solo é considerado um semi-espaço homogêneo, elástico e linear governado pela equação de Navier e modelado pelo Método dos Elementos de Contorno (MEC), admitindo a solução fundamental de Mindlin. As estacas são modeladas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) e cada elemento possui quatro nós. Além disso, as estacas podem receber forças horizontais, verticais e momentos. A tensão de cisalhamento ao longo da estaca é aproximada por um polinômio do segundo grau e as forças na direção horizontal são aproximadas por um polinômio do quarto grau. O elemento de fundação que faz a ligação do pilar com a estaca é representado por uma placa de grande rigidez, que apresenta o comportamento de um bloco. A interação entre o radier estaqueado e o solo é feita através da reação resultante da interação estaca-solo, nos nós com estaca. A interface radier-solo é dividida em elementos triangulares e para a reação do solo considera-se a variação linear ao longo de cada elemento. A superestrutura é modelada pelo MEF. Vários exemplos de interação solo-estrutura são estudados nesta tese, e mostram que as soluções obtidas a partir do programa computacional desenvolvido no presente trabalho denominado SSI estão de acordo com outros autores.Piled raft foundations are structures consisting of piles, the raft and the soil. Unlike classical foundation design where the building load is either transferred by the raft or the piles alone, in a piled raft foundation the contribution of the piles as well as the raft is taken into account. The piles transfer a part of the building loads into the soil and thereby allow the reduction of settlement in a very economic way. The objective of the present work is the analysis of soil-structure interaction using BEM-FEM coupling. The soil, assumed to be an elastic linear homogeneous half space is governed by Navier\'s equation and it is modeled by the Boundary Elements Method (BEM) using Mindlin\'s fundamental solution. The piles are modeled by the Finite Element Method (FEM) with four nodes each. In addition, the piles can received horizontal and vertical forces and bending moments. The shear traction along the pile is approximated by a second-degree polynomial and the tractions in the horizontal direction are approximated by a fourth degree polynomial. The cap of the pile group is assumed to be rigid. The interaction between the raft and soil is made through the subgrade reaction. The soil-cap interface is divided into triangular elements and the subgrade reaction is assumed to vary linearly across each element. The building\'s structure is modeled by FEM. Several soil structure interaction examples are studied in this thesis, and they show that the solutions obtained from program SSI are in good agreement with others authors