Alvenarias de concreto não-armadas sob compressão: estatísticas brasileiras, análises de confiabilidade e calibração de norma

Santiago, Wagner Carvalho; Souza, Tiago de Macedo; Akisue, Rafael Akira

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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais

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Sumário

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 17 (5) • 2024 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952024000500013 copiar

Alvenarias de concreto não-armadas sob compressão: estatísticas brasileiras, análises de confiabilidade e calibração de norma

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Resumo

Embora a nova norma brasileira seja considerada um avanço, ainda carece de uma calibração baseada em confiabilidade dos fatores parciais de segurança. Portanto, este artigo apresenta um conjunto abrangente de análises de confiabilidade voltadas para membros estruturais de alvenaria sob compressão no Brasil. Este estudo foi baseado na teoria da confiabilidade estrutural, que permitiu avaliar a segurança através do índice de confiabilidade (β). Paredes com blocos vazados de concreto de três classes (A, B e C) e duas famílias modulares (M-15 e M-20), duas relações entre a resistência do prisma e a resistência à compressão do bloco ( $η$ = 0,5 e 0,6), e três razões entre altura efetiva e largura efetiva (λ = 14, 19 e 24). Considerando que cada um dos 36 elementos é descrito por cinco relações entre cargas móveis e permanentes e por cinco relações entre vento e cargas permanentes, foram analisadas 900 configurações. Os procedimentos de confiabilidade, configurações estruturais e metodologia de calibração foram implementados e resolvidos no software StRAnD – Structural Reliability Analysis and Design. Os resultados mostraram que os índices de confiabilidade são maiores para paredes de alvenaria não armada sob compressão com tamanho modular M-20 do que com tamanho modular M-15. Pode-se notar que a resistência à compressão do bloco não só representa o maior impacto no nível de segurança da alvenaria, mas também é a principal fonte de incerteza. Com base na calibração baseada em confiabilidade da norma brasileira, recomenda-se que a alvenaria não armada apresente fatores parciais de segurança ( $ɣ_{m}$ ) diferentes da alvenaria armada. Este trabalho representa um marco inicial na avaliação de segurança de estruturas de alvenaria brasileira, indicando um caminho para alcançar uma confiabilidade mais uniforme em projetos de alvenaria.

Palavras-chave:
confiabilidade; segurança; estruturas; alvenaria; blocos de concreto

Random Variable			Distribution	Mean	COV	References
f_b	A	M-15	Normal	1.358.f_bk	0.239	Santiago and Beck [¹⁷17 W. C. Santiago and A. T. Beck, "Study of Brazilian structural concrete block conformity," Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 11, no. 4, pp. 652–672, 2018, http://doi.org/10.1590/s1983-41952018000400002. http://doi.org/10.1590/s1983-41952018000... ] and Almeida et al. [¹⁸18 V. B. Almeida et al., “Estudo da conformidade dos blocos estruturais de concreto da Classe C produzidos no Brasil,” in Proc. 62º Braz. Concr. Congr., Florianópolis, 2021.]
	A	M-20	Normal	1.364.f_bk	0.197
	B	M-15	Normal	1.592.f_bk	0.279
	B	M-20	Normal	1.328.f_bk	0.248
	C	M-15	Normal	1.566.f_bk	0.294
	C	M-20	Normal	1.419.f_bk	0.221
t	A	M-15	Normal	1.003.t_n	0.005	Santiago and Beck [¹⁷17 W. C. Santiago and A. T. Beck, "Study of Brazilian structural concrete block conformity," Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 11, no. 4, pp. 652–672, 2018, http://doi.org/10.1590/s1983-41952018000400002. http://doi.org/10.1590/s1983-41952018000... ] and Almeida et al. [¹⁸18 V. B. Almeida et al., “Estudo da conformidade dos blocos estruturais de concreto da Classe C produzidos no Brasil,” in Proc. 62º Braz. Concr. Congr., Florianópolis, 2021.]
	A	M-20	Normal	1.002.t_n	0.003
	B	M-15	Normal	1.003.t_n	0.025
	B	M-20	Normal	1.002.t_n	0.010
	C	M-15	Normal	1.005.t_n	0.021
	C	M-20	Normal	1.001.t_n	0.003
θ_R			Normal	1.940	0.137	This work

Random Variable	Distribution	Mean	COV	References
f_b	Normal	1.41.f_bk	0.17	Kezemi et al. [¹¹11 M. Kazemi et al., “Reliability analysis of masonry members under compression,” in Proc. Struct. Congr., Las Vegas, 2011.]
f_b	Normal	1.46.f_bk	0.205	Moosavi and Korany [¹²12 H. Moosavi and Y. Korany, "Assessment of the structural reliability of loadbearing concrete masonry designed to the Canadian Standard S304.1," Can. J. Civ. Eng., vol. 41, no. 12, pp. 1046–1053, 2014, http://doi.org/10.1139/cjce-2013-0498. http://doi.org/10.1139/cjce-2013-0498... ]
t	Normal	t_n	0.02	Stewart and Lawrence [²⁵25 M. G. Stewart and S. J. Lawrence, Reliability-based Code Calibration of Structural Masonry in Compression Designed to Australian Standards. Australia: University of Newcastle, 2008.]
t	Normal	t_n	0.01	Moosavi and Korany [¹²12 H. Moosavi and Y. Korany, "Assessment of the structural reliability of loadbearing concrete masonry designed to the Canadian Standard S304.1," Can. J. Civ. Eng., vol. 41, no. 12, pp. 1046–1053, 2014, http://doi.org/10.1139/cjce-2013-0498. http://doi.org/10.1139/cjce-2013-0498... ]
θ_R	Lognormal	2.18	0.20	Stewart and Lawrence [⁹9 M. G. Stewart and S. J. Lawrence, "Model error, structural reliability and partial safety factors for structural masonry in compression," Mason. Int., vol. 20, no. 3, pp. 107–116, 2007.]

Random Variable	Distribution	Mean	COV	References
D	Normal	1.06.D_n	0.12	Santiago [²⁷27 W. C. Santiago, “Calibração baseada em confiabilidade dos coeficientes parciais de segurança das principais normas brasileiras de projeto estrutural,” Ph.D. dissertation, Esc. Eng. São Carlos, Univ. São Paulo. São Carlos, 2019.]
L_apt	Gamma	0.21.L_n	0.76	Costa et al. [²⁸28 L. G. L. Costa, W. C. Santiago, and A. T. Beck, "Probabilistic models for live loads in buildings: critical review, comparison to Brazilian design standards and calibration of partial safety factors," Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 16, no. 2, pp. 2–22, 2023, http://doi.org/10.1590/s1983-41952023000200004. http://doi.org/10.1590/s1983-41952023000... ]
L₅₀	Gumbel	0.92.L_n	0.25	Costa et al. [²⁸28 L. G. L. Costa, W. C. Santiago, and A. T. Beck, "Probabilistic models for live loads in buildings: critical review, comparison to Brazilian design standards and calibration of partial safety factors," Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 16, no. 2, pp. 2–22, 2023, http://doi.org/10.1590/s1983-41952023000200004. http://doi.org/10.1590/s1983-41952023000... ]
W₁	Gumbel	0.33.W_n	0.47	Beck and Souza [²⁹29 A. T. Beck and A. C. Souza Jr., "A first attempt towards reliability-based calibration of Brazilian structural design codes," J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., vol. 32, no. 2, pp. 119–127, 2010, http://doi.org/10.1590/S1678-58782010000200004. http://doi.org/10.1590/S1678-58782010000... ]
W₅₀	Gumbel	0.90.W_n	0.34	Beck and Souza [²⁹29 A. T. Beck and A. C. Souza Jr., "A first attempt towards reliability-based calibration of Brazilian structural design codes," J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., vol. 32, no. 2, pp. 119–127, 2010, http://doi.org/10.1590/S1678-58782010000200004. http://doi.org/10.1590/S1678-58782010000... ]
θ_L	Lognormal	1.00	0.05	JCSS [³⁰30 Joint Committee on Structural Safety. “Probabilistic Model Code.” 2001. [Online]. Available: https://www.jcss-lc.org/jcss-probabilistic-model-code/ https://www.jcss-lc.org/jcss-probabilist... ]

L_n/D_n or W_n/D_n	Weight (%)
0.0	36
0.5	36
1.0	20
1.5	6
2.0	2
3.0	0
5.0	0

Parameter	Value
Population number (Np)	60.0
Inertia weight (Wi)	0.9
Cognitive learning factor (C1)	2.0
Social learning factor (C2)	2.0
Maximum velocity (Vmax)	1.0

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[1] Corresponding author: Wagner Carvalho Santiago. E-mail: wagner.santiago@univasf.edu.br