Confiabilidade estrutural de lajes lisas : estado limite último à punção

Abstract

Esta tese de doutorado avaliou a confiabilidade do projeto no Estado Limite Último à punção de lajes lisas dimensionadas conforme as prescrições das normas de projeto ABNT NBR 6118 (2014), EUROCODE 2 (2004), MC 2010 (2012) e ACI 318 (2019). Para determinação da confiabilidade, modelos de previsão de resistência e solicitação foram apresentados e desenvolvidos no trabalho. Para o modelo de resistência, cinco modelos foram estudados, sendo eles: os modelos de previsão adotados pela ABNT NBR 6118 (2014), EUROCODE 2 (2004), MC 2010 (2012) e ACI 318 (2019); o modelo da Teoria da Fissura Crítica de Cisalhamento (TFCC); o modelo em elementos finitos MEF R1; e o MEF R2. Em relação a solicitação, foi desenvolvido um modelo de elementos finitos, denominado MEF S1. A validação dos modelos e a análise da incerteza associado a cada um deles, foi realizada a partir da elaboração de um banco de dados contendo o resultado da carga de ruptura de 65 lajes lisas. Esse conjunto é resultado do estudo de 17 pesquisas experimentais relacionadas a diferentes autores. A confiabilidade do dimensionamento à punção foi determinada empregando o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM). Para essa análise, foi desenvolvido um algoritmo em linguagem de programação Python. Esse algoritmo permite o acoplamento com o software ANSYS APDL para avaliação da função de estado limite implícita utilizada neste trabalho. As lajes avaliadas foram divididas em dois grupos, denominados G1 e G2. No grupo G1, 1728 ligações laje-pilar foram avaliadas utilizando, na função de estado limite, o modelo de resistência da ABNT NBR 6118 (2014) e de solicitação MEF S1. Para o grupo G2, oito ligações foram estudadas utilizando, na função de estado limite, o modelo MEF R2 e MEF S1 para determinação da resistência e solicitação, respectivamente. A avaliação da confiabilidade do dimensionamento foi realizada a partir da comparação entre o índice de confiabilidade 𝛽 com o índice de confiabilidade 𝛽𝑎𝑙𝑣𝑜. Nesta pesquisa, o 𝛽𝑎𝑙𝑣𝑜 adotado foi de 3,8 para o período de referência de 50 anos. A partir do emprego da metodologia apresentada, os índices de confiabilidade médios obtidos para o conjunto de lajes analisadas foram iguais a: 𝛽𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 2,97, para ABNT NBR 6118 (2014); 𝛽𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 3,16, para o EC 2 (2004); 𝛽𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 3,74, para MC 2010 (2012); e 𝛽𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 2,68, para ACI 318 (2019). Com a análise dos resultados chegouse as seguintes conclusões: o índice de confiabilidade alvo é atendido de forma satisfatória somente para o dimensionamento realizado conforme as prescrições do MC 2010 (2012); uma calibração dos coeficientes de ponderação das ações da norma brasileira deve ser realizado com a finalidade de uniformizar o comportamento de 𝛽 em relação as ações variáveis; a confiabilidade apresentada pelo ACI 318 (2019), para lajes lisas com taxa de armadura de flexão iguais a 0,5%, é crítica em relação as recomendações de normas e outros autores, sendo necessário estudos mais específico para avaliação da confiabilidade dessa norma.

This doctoral thesis evaluated the reliability of flat slabs under punching shear. Flat slabs were designed according to the codes of ABNT NBR 6118 (2014), EUROCODE 2 (2004), MC 2010 (2012), and ACI 318 (2019). Resistance models of strength and stress were presented and developed in this paper. Five resistance models were studied: the models by ABNT NBR 6118 (2014), EUROCODE 2 (2004), MC 2010 (2012), and ACI 318 (2019); the Critical Shear Crack Theory (CSCT) model; the finite element model MEF R1; and the MEF R2. The load model was developed using a finite element model called MEF S1. The model validation and the analysis of the error model were conducted from the elaboration of a database containing the result of the punching failure of 65 flat slabs. This result was based on 17 experimental studies related to different authors. The reliability of the punching shear design was determined by the First Order Reliability Method (FORM). For this analysis, a development in Python programming language was developed. This feature allows the evaluation with the ANSYS APDL software of the implicit limit state function used in this work. Two groups were determined to study reliability, G1, and G2. In group G1, 1728 slab-column connections were evaluated. The resistance model used in the limit state function was ABNT NBR 6118 (2014), and MEF S1 was the load model. For the G2 group, eight slab-column connections were evaluated. The MEF R2 and MEF S1 models were used in the limitation function to determine the resistance and load. The reliability of the design codes was performed by comparing the reliability index with the target reliability index. In this research, the 𝛽𝑡𝑎𝑟𝑔𝑒𝑡 = 3,8 was adopted for the reference period of 50 years. From the use of the presented methodologies, the average reliability index provided for the set of methods were: 2.97 for ABNT NBR 6118(2014); 3.16, for EC 2 (2004); 3.74, for MC 2010 (2012); and 2.68, for ACI 318 (2019). The conclusions of this work were: the target reliability index was satisfactorily met with the designed code MC 2010 (2012); the design code of Brazilian needs calibration of partial safety factors, mainly in the behavior of β concerning variable actions; the reliability index indicates by ACI 318 (2019), with flat slabs with flexural reinforcement equal to 0.5%, is critical concerning the recommendation of design codes and other authors, and more specific studies are needed to evaluate this design code reliability.