Avaliação da confiabilidade de longarinas de concreto protendido de pontes rodoviárias em relação ao estado limite último de flexão

Abstract

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2019Este trabalho trata da avaliação do índice de confiabilidade de vigas longarinas protendidas de pontes rodoviárias em relação ao estado limite último de ruptura por flexão. É mostrada uma vasta revisão bibliográfica de trabalhos científicos que tratam de confiabilidade estrutural, de elementos estruturais protendidos e de pontes rodoviárias. Observa-se que nenhum desses trabalhos trata, especificamente, da confiabilidade de longarinas protendidas considerando as normas NBR-6118:2014 e NBR-7188:2013, evidenciando o ineditismo da tese. São apresentadas as recomendações das normas brasileiras e os procedimentos utilizados no projeto e verificação dos estados limites para as vigas protendidas das pontes analisadas. São projetadas 18 vigas longarinas protendidas, onde varia-se o vão, a resistência à compressão do concreto e a tensão de ruptura do aço protendido. É desenvolvido um modelo mecânico para verificação da capacidade resistente das vigas no estado limite último. Este modelo foi validado através da comparação dos resultados obtidos computacionalmente com os de quarenta e uma vigas protendidas que tiveram seus ensaios experimentais registrados em trabalhos científicos. Para os dados da carga móvel, ou seja, dados de pesos dos veículos que trafegam nas rodovias nacionais, são empregados os dados obtidos por ROSSIGALLI (2013). São utilizadas duas metodologias para a obtenção de um modelo de carga móvel para um período de retorno de 50 anos. Uma baseada na extrapolação linear dos dados da cauda da curva normal e a outra baseada em uma distribuição de valores extremos do tipo I (Gumbel). O Método de Monte Carlo foi utilizado no modelo mecânico para o cálculo do momento resistente da viga e dessa forma foi possível conhecer os parâmetros estatísticos dessa variável, média, desvio padrão e curva de distribuição de probabilidades. Para a obtenção do índice de confiabilidade ß foi utilizado o método de confiabilidade de primeira ordem (FORM) que se mostrou bastante rápido e eficiente. Através das análises realizadas é possível observar que a tensão de ruptura do aço protendido, a incerteza do modelo mecânico e a carga móvel são as variáveis mais importantes no que tange o cálculo do valor do índice de confiabilidade ß. Para todos os casos avaliados o valor do índice de confiabilidade foi superior a 4,0, que é superior ao valor mínimo exigido de 3,5, mostrando que as recomendações normativas nacionais para projeto de vigas longarinas garantem um nível de segurança adequado mesmo sob situações críticas de carregamento.Abstract: This work deals with the evaluation of the reliability index of prestressed girders in relation to the ultimate limit state of flexural failure. A broad bibliographical review of scientific works dealing with structural reliability, prestressed structural elements, and highway bridges is shown. It is observed that none of these works specifically deals with the reliability of prestressed girders considering the Brazilian codes NBR-6118:2014 and NBR-7188:2013, evidencing the originality of the thesis. The recommendations of the Brazilian standards and the procedures used in the design and verification of the limit states for the prestressed beams of the analyzed bridges are presented. Eighteen prestressed girders were designed, where the span, the concrete compressive strength and the tensile strength of the prestressed steel are varied. A mechanical model is developed to verify the ultimate resistance of the girders in the ultimate flexural limit state. This model was validated by comparing the computational obtained results with those of forty-one prestressed beams that had their experimental tests recorded in scientific works. For the model of the moving load, that is, data of vehicles weight that travel in the national highways, the data obtained by ROSSIGALLI (2013) were used. Two methodologies were used to obtain a moving load model for a 50-year return period. One based on the linear extrapolation from the data of the superior tail of the normal probability distribution, and other using a model of type I ? Extreme Value Distribution (Gumbel). The Monte Carlo method was used in the mechanical model for the calculation of the resistant bending moment of the girder and thus it was possible to know the statistical parameters of this variable, i.e., mean, standard deviation and probability distribution curve. In order to obtain the reliability index, the first order reliability method (FORM) was used, which proved to be very fast and efficient. Through the performed analyzes it is possible to observe that the tensile strength of the prestressed steel, the uncertainty of the mechanical model and the moving load are the variables that most influence the reliability index. For all the evaluated cases the value of the reliability index was higher than 4.0, which is higher than the minimum required value of 3.5. It shows that Brazilian standards recommendations for prestressed girders design ensure an adequate level of safety even under critical loading situations