Análise da confiabilidade de lajes maciças de concreto armado com erros de execução por meio de campos estocásticos

Abstract

As estruturas de concreto armado podem ser prejudicadas devido à imprevisibilidade presente nos projetos, nos carregamentos, nas suposições de modelagem, desvios geométricos e erros de construção. Devido a isso, o objetivo principal desta pesquisa é analisar qual o impacto que possuem algumas imperfeições, decorrentes do processo construtivo, na segurança das lajes maciças de concreto armado. Tais imperfeições ficaram delimitadas na avaliação da variação da geometria da laje e do posicionamento da armadura dentro da estrutura, sendo essas imperfeições consideradas como variáveis aleatórias. Para as análises, também foram consideradas as variáveis que conhecidamente afetam o comportamento real da estrutura. Tais variáveis são; a resistência do concreto à compressão, a resistência do aço à tração, as ações permanentes e variáveis, incerteza do modelo das solicitações e as incertezas de modelo da resistência. Para representar o posicionamento da armadura dentro da estrutura, foi utilizado um campo estocástico. Para as análises, a laje foi avaliada em dois cenários possíveis: o primeiro com a armadura perfeitamente plana e o segundo com a armadura apresentando ondulações diversas na malha. Para esse estudo, foi realizado análises de sensibilidade, das variáveis aleatórias consideradas, e de confiabilidade, para algumas situações propostas. As análises foram feitas utilizando o Método dos Elementos Finitos, através do software ANSYS 2022R1 em conjunto com o software Matlab. Foi avaliado somente o Estado Limite de Serviço (ELS) e foi utilizado a ISO 2394:1998 para definir o índice de confiabilidade alvo. Concluiu-se, através do estudo de sensibilidade, que as variáveis que mais afetam no valor final do deslocamento das lajes são as que fazem parte da sua geometria e a resistência à compressão do concreto. As análises de confiabilidade apontaram que a estrutura é bastante segura pois, todos os casos analisados ficaram com o índice de confiabilidade acima do prescrito pela ISO 2394:1998. Tanto a malha de armadura perfeitamente plana, quanto a malha com deformações, não influenciaram no valor final da flecha. O cobrimento, para ambos os casos de malha de armadura avaliados, também não influenciou significativamente no valor final da flecha.

The reinforced concrete structures can be harmed due to the unpredictability present in the projects, the loads, the modeling assumptions, geometric deviations and construction errors. In this context, the main objective of this research is to analyze the impact that some imperfections, resulting from the construction process, have on the safety of simple reinforced concrete slabs. These imperfections were delimited in the evaluation of the variation of the geometry of the slab and the positioning of the reinforcement inside the structure, and these imperfections were considered as random variables. For the analysis, it was also considered the variables that are known to affect the actual behavior of the structure. These variables are: concrete compressive strength, steel tensile strength, permanent and variable loads, model uncertainty of loads, and model uncertainty of strength. To represent the positioning of the reinforcement within the structure, a stochastic field was used. For the analyses, the slab was evaluated in two possible scenarios: the first with the reinforcement perfectly flat and the second with the reinforcement presenting several undulations in the mesh. For this study, it was performed sensitivity analyses of the considered random variables and reliability analyses for some proposed situations. The analyses were performed using the Finite Element Method, by the ANSYS 2022R1 software in conjunction with the Matlab software. Only the Service Limit State (SLS) was evaluated and ISO 2394:1998 was used to define the target reliability index. It was concluded, with the sensitivity study, that the variables that most affect the final value of the slabs displacement are those that are part of their geometry and the compressive strength of concrete. The reliability analysis showed that the structure is very safe, where in all cases analyzed presenting a reliability index above that prescribed by ISO 2394:1998. Both the perfectly flat reinforcement mesh and the mesh with irregularities had no influence on the final value of the deflection. The cover, for both cases of reinforcement mesh evaluated, also did not influence significantly on the final value of the deflection.