Estudo comparativo do nível de confiabilidade obtido em vigas de concreto armado projetadas segundo as normas NBR 6118:2014 e ACI 318-19

Abstract

A análise de estruturas é geralmente realizada com base em valores determinísticos adotados para as propriedades mecânicas dos materiais, propriedades geométricas dos elementos, carregamentos atuantes, entre outros parâmetros de projeto. Na prática, há sempre um grau de incerteza acerca dos valores que estes parâmetros assumem após a construção de uma determinada estrutura. Dessa forma, a resposta de uma estrutura frente a uma solicitação é, na realidade, uma função de diversas variáveis aleatórias que afetam seu comportamento. Sendo assim, a resposta da estrutura também se revela de forma aleatória. Uma forma de considerar as incertezas presentes na análise estrutural é tratar o problema com um caráter probabilístico. A análise probabilística, por intermédio de métodos de simulação e aproximação, torna-se uma ferramenta poderosa e racional de aferir a segurança e integridade das estruturas, em especial àquelas dimensionadas de acordo com os códigos nacionais e internacionais. Diante disso, o presente trabalho objetivou determinar e comparar os índices de confiabilidade para vigas de concreto armado, projetadas de acordo com as normas NBR 6118 (ABNT, 2014) e ACI 318 (ACI, 2019) para o estado limite último de flexão. Adicionalmente, pretendeu-se avaliar a influência dos parâmetros de projeto na resposta dos elementos e nos níveis de segurança obtidos para ambas as normas, variando a resistência à compressão, a altura da seção transversal da viga e os carregamentos atuantes, bem como a relação entre as parcelas permanente e acidental da carga. A metodologia consiste na aplicação do Método da Superfície de Resposta para a obtenção da resistência através de um polinômio aproximador, sendo este ajustado através de resultados obtidos pelo Método dos Elementos Finitos. Os índices de confiabilidade foram obtidos através do método de primeira ordem FORM. Observou-se, para as vigas de concreto armado avaliadas, uma tendência de obtenção de menores índices de confiabilidade para elementos dimensionados segundo o código americano ACI 318 (ACI, 2019) em relação aos projetados pela norma brasileira, quando a carga permanente é predominante em relação ao carregamento total. Além disso, foi constatado que o carregamento acidental é a variável que mais exerce influência sobre o nível de confiabilidade atingido pelas vigas, enquanto a resistência à compressão do concreto não altera significativamente o comportamento do nível de confiabilidade frente a sua variação. Visualizou-se que os coeficientes de ponderação das ações adotados pela NBR 6118 (ABNT, 2014) implicam em uma maior variação nos índices de confiabilidade obtidos, considerando a avaliação de vigas dimensionadas para uma mesma resistência à compressão do concreto. Por fim, por meio de estudo comparativo com dados de diferentes autores, foi possível verificar que a caracterização estatística das variáveis aleatórias do problema não altera somente os valores de índices de confiabilidade, mas também seus comportamentos em função destas variáveis.

The structural analysis is usually carried out based on deterministic values adopted for the materials mechanical properties, geometric properties of elements, loads, among other design parameters. In practice, there is always an uncertainty degree about the values these parameters will assume after the construction of a given structure. Thus, the response of a structure to any load is a function of several random variables that affect its behavior. Hence the response of the structure also reveals itself randomly. Treating the problem with a probabilistic approach is an interesting way to consider the uncertainties present in the structural analysis. Probabilistic analysis, when applied with simulation and approximation methods, becomes a powerful and rational tool for assessing the safety and integrity of structures, especially those designed according to national and international codes. Therefore, the present work aimed to determine and compare the reliability indexes for reinforced concrete beams, designed according to the NBR 6118 (ABNT, 2014) and ACI 318 (ACI, 2019) standards. Additionally, it intended to assess the influence of design parameters on the response of the elements and on the safety levels obtained from both codes. The methodology consists in the application of the Response Surface Methodology to obtain the resistance through an approximation polynomial, which is adjusted through results calculated by the Finite Element Method. Reliability indexes are obtained by FORM. It is observed, for the reinforced concrete beams evaluated, a tendency to obtain lower reliability indexes for elements designed according to the American code ACI 318 (ACI, 2019) in relation to those calculated by the Brazilian standard when the permanent load is predominant in relation to the total load. Also, it was found that the live load is the variable that most influences the level of reliability achieved by the beams, while the compressive strength of concrete does not significantly change the behavior of the level of reliability in relation to its variation. It can be seen that the load factors applied to set the load combinations adopted by NBR 6118 (ABNT, 2014) imply a greater variation in the reliability indexes obtained, considering the valuation of beams for the same compressive strength of the concrete. Finally, through a comparative study with data from different authors, it was possible to verify that the statistical characterization of the random variables does not change only the values of reliability indexes, but also their behavior in function of these variables.