Confiabilidade de vigas pré-tracionadas de concreto protendido

Abstract

O presente trabalho trata da avaliação da confiabilidade de vigas pré-tracionadas de concreto protendido em relação ao estado limite último de flexão, segundo as recomendações da norma brasileira NBR 6118:2014. O crescimento da utilização de vigas protendidas nas edificações se justifica cada vez mais com o emprego de materiais mais eficientes e pela necessidade de estruturas mais leves e esbeltas. Esta pesquisa se limita à avaliação de vigas simplesmente apoiadas com seções retangulares e T e carregamento uniformemente distribuído ao longo do vão. Para a avaliação da capacidade resistente, foi utilizado um modelo simplificado que analisa a seção mais solicitada do elemento através de equações de equilíbrio, propriedades dos materiais e compatibilidade de deformações. A validação foi realizada a partir de ensaios experimentais e o modelo foi julgado adequado para a determinação do momento resistente de vigas pré-tracionadas de concreto protendido. O índice de confiabilidade  das vigas em estudo foi determinado através do método de confiabilidade de primeira ordem (First Order Reliability Method – FORM), consolidado e bastante utilizado na obtenção da probabilidade de falha de estruturas. O valor de  é obtido a partir do cálculo da distância mínima entre a superfície de falha e a origem das variáveis aleatórias padronizadas utilizando-se os recursos de minimização de uma planilha eletrônica. A verificação da influência que alguns parâmetros que regem o dimensionamento das vigas protendidas com aderência inicial exercem sobre o índice de confiabilidade foi realizada. Foram avaliados a resistência característica à compressão do concreto, a resistência característica de ruptura à tração da armadura de protensão, a esbeltez da viga e a relação entre o carregamento permanente e a carga total atribuída à viga. Também foi estabelecido um valor para o índice de confiabilidade considerado seguro igual a 3,8. Diante dos resultados, foi observado que a variação do índice de confiabilidade ocorreu de forma mais acentuada quando estudada juntamente com a variação da relação entre o carregamento. Porém vale destacar que em certos casos o índice de confiabilidade pode reduzir com o crescimento da resistência característica de ruptura à tração do aço de protensão e a consequente redução da área de armadura ativa.

The present work deals with the evaluation of the reliability of pretensioned prestressed concrete beams regarding to the ultimate flexural limit state according to the recommendations of the Brazilian standard NBR 6118:2014. The increasing usage of prestressed beams in buildings is more and more justified by the usage of more efficient materials and the necessity of lighter weight and more slender structures. The research is limited in the evaluation of simply supported beams with rectangular and T cross sections and uniformly distributed loading. For the evaluation of the load capacity of the beams, it was used a simplified model that analyzes the maximum bending moment section of the element through equilibrium equations, material properties and compatibility of deformations. The validation was performed from experimental data and the model was judged suitable for the determination of the resistant moment of pre-tensioned prestressed concrete beams. The evaluation of the reliability index  for each beam was carried out using the First Order Reliability Method - FORM, which is already consolidated and widely used when obtaining the probability of failure of structures. The value of  is obtained from the calculation of the minimum distance between the surface of the failure and origin of standard random variables through the resource of minimization tools of a digital spreadsheet. The evaluation of the influence that some parameters, which govern the design of pretensioned prestressed beams, exercise on the reliability index was performed. The characteristic concrete compressive strength, the characteristic tensile strength of the prestressed reinforcement, the slenderness ratio of the beam and the ratio between dead load and total load were evaluated. It was also established a minimum acceptable value to the reliability index equal to 3.8. Given the results, it was observed that the variation of the reliability index occurred, in a more sharply way, when studied along with the variation of the ratio between the dead load and total load. But, in some cases, the reliability index can be reduced with the increasing of the characteristic tensile strength of the prestressed reinforcement and the consequent prestressed steel cross sectional area reduction.