Análise de confiabilidade estrutural de modelos de bielas e tirantes de vigas-parede

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2020.As vigas-paredes são elementos estruturais com características particulares de dimensionamento, são caracterizadas como regiões de descontinuidades, nas quais não são válidas as hipóteses simplificadoras usualmente empregadas nas estruturas de concreto armado. O método das bielas e tirantes (MBT) tem sido amplamente utilizado nos casos em que a Hipótese de Bernoulli não pode ser aplicada. No entanto, a aplicação do MBT segundo as normas técnicas é feita de maneira semiprobabilística, e não leva em consideração as incertezas associadas às variáveis envolvidas, tão pouco as incertezas inerentes aos modelos de cálculo, apresentando imprecisões que devem ser consideradas para garantir a segurança. Com a utilização da confiabilidade estrutural é possível considerar as incertezas relacionadas ao problema, ao adotar métodos probabilísticos que incorporam tais incertezas na caracterização da resistência estrutural e das solicitações. Além disso, a análise de confiabilidade pode ser utilizada para verificar e comparar o nível de segurança entre diversas soluções estruturais. Desse modo, este trabalho tem como objetivo realizar e comparar as análises de confiabilidade estrutural de diferentes modelos de bielas e tirantes para vigas-paredes, dimensionados pelos critérios da NBR 6118, do ACI 318, do EUROCODE 2 e de bibliografia. Para tal propósito, foram utilizados ensaios experimentais de vigas-paredes disponíveis na literatura para calcular e caracterizar os erros de modelo de resistência intrínsecos a cada modelo. O método FORM foi utilizado para avaliar a importância das variáveis aleatórias envolvidas no problema e identificar quais variáveis têm maior contribuição nas probabilidades de falha. Por meio da Simulação de Monte Carlo foram obtidos os índices de confiabilidade de cada modelo. Com a utilização da razão da probabilidade de falha foi possível identificar os modos de falha mais significativos e assim avaliar a ductilidade dos diferentes modelos. Os resultados encontrados na pesquisa indicaram que, os modelos de bielas e tirantes com armadura vertical e que demandaram maior quantidade de aço no dimensionamento demonstraram maior segurança e maior probabilidade de apresentar ruptura dúctil. Modelos de bielas e tirantes com tirantes de concreto tiveram maior probabilidade de apresentar ruptura frágil. Verificou-se também, grande influência do carregamento variável nos resultados dos índices de confiabilidade, especialmente para os modelos da NBR 6118, quando a carga variável é grande em relação ao carregamento permanente. Esse trabalho possibilita avaliar a segurança de modelos de bielas e tirantes aplicados a vigas-paredes, obter a caracterização dos modos de falhas, e a influência das variáveis aleatórias envolvidas nesse tipo de problema.Abstract: Deep beams are structures that demand a specific design. They can be considered as discontinuities regions, in which the simplifying hypotheses usually employed in reinforced concrete structures are not valid. The strut-and-tie method (STM) has been widely used in cases where the Bernoulli Hypothesis cannot be applied. However, the application of the MBT according to the codes is done in a semiprobabilistic approach, and thus it does not take into account the uncertainties associated with the variables involved, nor the uncertainties inherent in the calculation models, presenting inaccuracies that must be considered to ensure safety. With the use of structural reliability, it is possible to consider the uncertainties related to the problem, by adopting probabilistic methods that incorporate such uncertainties in the characterization of the structural resistance and the load effect. Also, the reliability analysis can be adopted to check and compare the level of safety between different structural solutions. The present study aims to evaluate and compare the structural reliability analyses of different models of the strut-and-tie for deep beams, presented in the NBR 6118, ACI 318, EUROCODE 2 codes and also by bibliography criteria. For this purpose, experimental deep beam tests available in the literature were used to determine and characterize the intrinsic resistance model errors for each model. The FORM method was used to assess the importance of the random variables involved in the problem and also to identify which variables have a greater contribution to the failure probabilities. Through Monte Carlo Simulation, the reliability indexes of each model were obtained. Using the failure probability ratio, it was possible to identify the most significant failure modes and thus evaluate the ductility of the different models. The results found in the research indicated that the strut-and-tie models with vertical reinforcement and that demanded a greater amount of steel presented higher safety levels and a higher probability of ductile rupture. Strut-and-tie models with concrete ties showed a higher probability of fragile rupture. There was also a great influence of the variable live load on the results of the reliability indexes, especially for the NBR 6118 models, when the variable live load is very large in relation to the permanent action. The present study provides to evaluate the safety of strut-and-tie models applied to deep beams and to obtain the characterization of failure modes, and the influence of random variables involved in this type of problem