Confiabilidade de lajes de concreto armado projetadas de acordo com a NBR 6118:2023 considerando o confinamento lateral

Abstract

Este estudo propõe uma análise da confiabilidade de lajes de concreto armado, dimensionadas de acordo com a NBR6118:2023, levando em conta o efeito do confinamento lateral. O fenômeno do confinamento lateral foi abordado através de teorias analíticas e um modelo tridimensional de elementos finitos desenvolvido no software ANSYS, validado por meio da comparação com resultados experimentais de lajes confinadas e não confinadas. Um total de 27 lajes foram dimensionadas e analisadas, variando-se a resistência à compressão do concreto, o vão e o índice de esbeltez. Inicialmente, um estudo determinístico foi conduzido para compreender a mudança no comportamento mecânico das lajes induzido pelo confinamento, revelando um incremento médio de 97% na carga de ruptura das lajes estudadas. A análise de confiabilidade foi realizada utilizando o Método de Simulação de Monte Carlo e o Método da Superfície de Resposta, demonstrando um aumento substancial nos índices de confiabilidade de todas as lajes, quando o efeito do confinamento lateral foi considerado, passando de um valor médio de 3,29 para um valor médio de 4,44. O método de confiabilidade de primeira ordem foi também empregado em conjunto com as superfícies de resposta para análise de sensibilidade das variáveis aleatórias, evidenciando o aumento da importância da altura da laje com a consideração do confinamento. Adicionalmente, um estudo paramétrico indicou uma forte influência da esbeltez e da resistência do concreto no nível de segurança das lajes. Com um índice de confiabilidade alvo de 3,0, apenas 6 das 27 lajes apresentaram resultados insatisfatórios, e somente quando o confinamento não foi considerado. Por fim, a comparação entre a confiabilidade de lajes confinadas e não confinadas revelou uma correlação significativa entre os resultados e uma relação linear entre os índices de confiabilidade de lajes não confinadas e confinadas foi observada.

This study proposes a reliability analysis of reinforced concrete slabs, designed according to NBR6118:2023, taking into account the effect of lateral confinement. The phenomenon of lateral confinement was addressed through analytical theories and a three-dimensional finite element model developed in ANSYS software, validated by comparing results from both confined and unconfined slab experiments. A total of 27 slabs were designed and analyzed, varying parameters such as compressive strength of concrete, span, and slenderness ratio. Initially, a deterministic study was conducted to understand the change in the mechanical behavior of slabs induced by confinement, revealing an average increase of 97% in the ultimate load of the studied slabs. The reliability analysis was performed using the Monte Carlo Simulation Method and the Response Surface Method, demonstrating a substantial increase in the reliability indexes of all slabs when the effect of lateral confinement was considered, increasing from an average value of 3.29 to an average value of 4.44. The first-order reliability method was also employed in conjunction with response surfaces for sensitivity analysis of random variables, highlighting the increased importance of slab height when considering confinement. Additionally, a parametric study indicated a strong influence of slenderness and concrete strength on the safety level of slabs. With a target reliability index of 3.0, only 6 out of 27 slabs showed unsatisfactory results, and only when confinement was not considered. Finally, the comparison between the reliability of confined and unconfined slabs revealed a significant correlation between the results, and a linear relationship between the reliability indexes of unconfined and confined slabs was observed.