Análise de confiabilidade aplicada a seções de concreto armado submetidas à flexão simples

Abstract

No âmbito da engenharia de estruturas, a análise de confiabilidade apresenta-se como uma ferramenta crucial na busca pela otimização de custos e materiais, assim como na prevenção de acidentes e falhas de elementos e sistemas. Neste contexto, o presente estudo concentra se na avaliação da confiabilidade de seções de concreto armado submetidas à flexão simples em estado-limite último, por aplicação do método FORM, de forma a avaliar as variações resultantes da aplicação de quatro normas distintas: as versões de 2014 e 2023 da NBR 6118, Eurocode 2:2004 e seu respectivo projeto de revisão FprEN 1992-1-1:2022. Para tal, realizou-se o desenvolvimento de rotinas computacionais em linguagem Python para o dimensionamento de seções retangulares, de acordo com as normativas mencionadas, concomitantemente a uma rotina para verificação das seções segundo o modelo mecânico realístico apresentado pelo Código Modelo fib 2010. O trabalho apresenta o processo de validação e estimativa dos erros associados ao modelo de capacidade resistente implementado, comparando-os com resultados provenientes de um banco de dados de 53 ensaios de ruptura. Foram ainda avaliadas as respostas dos índices de confiabilidade em um estudo de caso de uma viga exemplo. Posteriormente, permitiu-se chegar ao conjunto de análises comparativas propostas pelo estudo, onde determinaram-se as confiabilidades de três diferentes seções retangulares, com momentos fletores adimensionais fixados e cinco diferentes classes resistentes para o concreto (no intervalo entre 30 e 90 MPa), em função de múltiplas composições de carregamento. Ao término do trabalho, verificou-se que variações nas alturas das seções não influenciaram os índices de confiabilidade. A comparação direta entre as versões recentes das normas brasileira e europeia demonstrou menor variabilidade do índice de confiabilidade segundo proporções maiores de cargas variáveis para os elementos dimensionados segundo o Eurocode 2. Alerta-se, também, para as disparidades na implementação do coeficiente de fragilidade (ηc) pela NBR 6118:2023, que impactam consideravelmente no consumo de aço em concretos de alta resistência, sem melhorias substanciais da confiabilidade.

In structural engineering, reliability analysis stands out as a crucial tool in the pursuit of cost and material optimization, as well as in the prevention of accidents and failures of elements and structural systems. In this context, this study focuses on evaluating the reliability of reinforced concrete cross-sections subjected to simple bending at the ultimate limit state, using the FORM method, in order to assess the variations resulting from the application of four different standards: the 2014 and 2023 versions of NBR 6118, Eurocode 2:2004, and its revision project FprEN 1992-1-1:2022. For this purpose, computational routines were developed in Python for the design of rectangular cross-sections according to the mentioned standards, concurrently with a routine for cross-section verification according to the realistic mechanical model presented by the fib Model Code 2010. The paper presents the process of validating and estimating the errors associated with the implemented strength model, in comparison with results from a database of 53 rupture tests The responses of the reliability indices were also evaluated in a case study of an example beam. Subsequently, it was possible to accomplish the set of comparative analyses proposed by the study, in which the determination of the reliability of three different rectangular cross-sections was made, considering fixed dimensionless bending moments and five different concrete strength classes (in the range between 30 and 90 MPa), as a function of multiple loading compositions. At the end of the work, it was found that variations in the cross-section heights did not influence the reliability indices. The direct comparison between the recent versions of the Brazilian and European standards showed less variability in the reliability index according to higher proportions of variable loads for elements designed according to Eurocode 2. The disparities in the implementation of the fragility factor (ηc) by NBR 6118:2023 are also worth noting, as they have a considerable impact on steel consumption for high-strength concrete elements, without substantial improvements in reliability.