Abstract This paper presents a reliability analysis of the punching shear of flat slabs without shear reinforcement. The evaluation is performed for the codes ACI 318, Eurocode 2, Model Code 2010, and ABNT NBR 6118:2014. Six models were used for predicting the punching strength, the design models, the Critical Shear Crack Theory (CSCT), and a Nonlinear Finite Element Analysis (NLFEA) model. Reliability analysis was performed to evaluate the safety level of code provisions. Design code provisions were evaluated in terms of sufficient reliability criteria based on target reliability β=3.8. This target reliability was based in the Model Code 2010 criteria. This criterion represents an acceptable value level of safety in design of structures. The results showed that the reliability indexes β presented satisfactory for all slabs designed by the Model Code 2010. However, this paper also shows some of the tested slabs presented reliability index below 3.0, being the ACI 318 the code with the lowest reliability index.

Resumo Este artigo apresenta a análise de confiabilidade do dimensionamento à punção de lajes lisas sem armadura de cisalhamento. A pesquisa avaliou a confiabilidade obtida pela norma ACI 318, Eurocode 2, Código Modelo 2010 e pela norma brasileira ABNT NBR 6118:2014. Para a estimativa da resistência à punção seis modelos foram estudados, os modelos das normas, a Teoria da Fissura Crítica de Cisalhamento (TFCC) e um modelo não-linear em elementos finitos. A avaliação da confiabilidade foi realizada para avaliar o nível de segurança das prescrições normativas. Para isso, o critério utilizado é baseado na comparação dos índices de confiabilidade β com o índice de confiabilidade alvo, estipulado em 3,8, conforme critério do Código Modelo 2010. Esse critério representa um valor aceitável no nível de segurança do dimensionamento da estrutura. Os resultados obtidos a partir dessa metodologia mostrou que o Código Modelo 2010 é a norma que apresenta os índices mais elevados de confiabilidade. Por outro lado, a norma ACI 318 apresentou os menores índices de confiabilidade, alcançando índices de confiabilidade menores que 3,0.

resumo: Este trabalho propõe uma análise de confiabilidade em túneis profundos axissimétricos, escavados em maciços rochosos elasto-plásticos, utilizando o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem e simulações de Monte Carlo. O método Convergência-Confinamento (CV-CF) e o critério de Mohr-Coulomb (M-C) são utilizados para modelar analiticamente a interação mecânica entre o revestimento de concreto projetado e o maciço escavado, através de parâmetros determinísticos e variáveis aleatórias. Modelos numéricos são sincronizados com os modelos analíticos de túneis e os métodos de confiabilidade, enquanto as funções estado-limite definem a probabilidade de falha na zona plástica do maciço rochoso e no revestimento de concreto projetado. Os resultados mostram que uma baixa dispersão das variáveis aleatórias afeta a confiabilidade da zona plástica na análise de túneis sem revestimento. Além disso, a pressão de suporte gera uma redução significativa na falha da zona plástica, enquanto o aumento da espessura do concreto projetado resulta em uma grande redução da probabilidade de colapso do revestimento.

abstract: The Monte Carlo simulation (MCS) and First-Order Reliability Method (FORM) provide a reliability analysis in axisymmetric deep tunnels driven in elastoplastic rocks. The Convergence-Confinement method (CV-CF) and Mohr-Coulomb (M-C) criterion are used to model the mechanical interaction between the shotcrete lining and ground through deterministic parameters and random variables. Numerical models synchronize tunnel analytical models and reliability methods, whereas the limit state functions control the failure probability in both ground plastic zone and shotcrete lining. The results showed that a low dispersion of random variables affects the plastic zone's reliability analysis in unsupported tunnels. Moreover, the support pressure generates a significant reduction in the plastic zone's failure, whereas the increase of shotcrete thickness results in great reduction of the lining collapse probability.

Resumo Buscando-se analisar a confiabilidade de pilares esbeltos submetidos a flexo-compressão normal, com índice de esbeltez entre 100 e 140, realizou-se a modelagem de 216 elementos. Adotou-se a seção transversal quadrada, com três configurações distintas para armadura longitudinal. No cálculo, aplicou-se o método geral com a teoria linear da fluência. Efetuou-se a variação de diversos fatores, incluindo-se: índice de esbeltez, taxa de armadura, disposição das barras de aço, resistência do concreto e excentricidade relativa de primeira ordem. Para fins de análise, adotou-se o método de Monte Carlo seguido pelo FORM. Considerando-se os resultados obtidos, observou-se que o índice de confiabilidade comumente é maior para taxas de armadura inferiores e sofre variação de acordo com a configuração da seção transversal.

Abstract To analyze the reliability of slender columns subjected to axial force and uniaxial bending moment, with a slenderness index between 100 and 140, 216 columns were modeled. The square cross-section was adopted, with three different configurations for longitudinal reinforcement. In the calculation, the general method with the linear creep theory was applied. Several factors were varied: slenderness index, reinforcement ratio, steel bars arrangement, compressive strength of concrete, and first-order relative eccentricity. For analysis purposes, the Monte Carlo method was adopted, followed by the First Order Reliability Method (FORM). Considering the results obtained, it was observed that the reliability index is usually higher for lower reinforcement ratios and varies according to the configuration of the cross-section.

Resumo O projeto de durabilidade de estruturas de concreto tem ganhado crescente importância nos últimos anos, havendo a transição das especificações prescritivas às baseadas em desempenho. No contexto das abordagens de desempenho, é essencial avaliar e calibrar modelos de previsão de vida útil capazes de representar o fenômeno que desencadeia o processo de degradação. Este artigo visa discutir os principais conceitos relacionados à modelagem da vida útil de estruturas de concreto armado expostas a ambientes ricos em cloretos, considerando a aplicação de diferentes modelos de estimativa da penetração de cloretos no concreto. Através de uma análise numérica, diferenças paramétricas entre os modelos são evidenciadas, bem como são analisados os resultados, suas variabilidades e as condições de falha admitidas. Uma visão geral do atual cenário dos projetos de durabilidade de estruturas de concreto é apresentada. Aspectos associados ao conceito de vida útil característica, às definições de estados limites de durabilidade e suas respectivas probabilidades de falha admissíveis são discutidos.

Abstract Concrete durability design has received increasing importance recently, with specifications moving from prescriptive to performance based. In performance-based approaches, it is essential to evaluate and calibrate service life models capable of reliably representing the phenomenon that triggers the degradation process. This paper aims to discuss the main concepts related to the probabilistic service life modeling of reinforced concrete structures under chloride environments, considering the application of different prediction models. Through numerical analysis, parametric differences among chloride penetration models are evidenced, and the results, their variability, and the admitted failure conditions are analyzed. An overview of the current scenario of the durability design of concrete structures is presented. Aspects associated with characteristic service life, the definitions of durability limit states, and their respective target failure probabilities are discussed.

Abstract The response of a reinforced concrete structure is influenced by the variability of design parameters such as materials strengths, geometry, and load intensity. One of the most rational ways to assess the safety level of a reinforced concrete structure is to employ a probabilistic approach. This paper aims to compare the reliability indexes for a set of reinforced concrete beams according to two different methodologies, based on the association of First Order Reliability Method (FORM) with the ANSYS software. In the first methodology, the reliability indexes were assessed through the direct coupling of the FORM to the Finite Element model. In the second methodology, a response surface was employed to fit a flexural resistance function, based on the FE results, being the reliability indexes assessed by an external FORM algorithm. The results showed that both methodologies led to equivalent reliability indexes and that the safety level of the beams, which were designed according to the Brazilian code NBR 6118:2014, is mainly influenced by the load combination, presenting unsatisfactory values when the live load increases.

Abstract A mechanical model was developed to evaluate the reliability of very slender columns subject to creep, employing the nonlinear moment-curvature relationship. Second-order effects were considered by the finite difference method. Numerical tests were carried out on 432 columns with a slenderness index between 100 and 200. The general nonlinear method was adopted to determine the design load, applying the displacement of the stress-strain diagram for consideration of creep. The reliability index was calculated using the Monte Carlo method and the First Order Reliability Method. Among the results obtained, it was observed that it is important to review the safety criterion of the Brazilian Standard NBR 6118 about the very slender columns (90 < λ ≤ 200) by performing the calibration of the additional coefficient γn1. In addition, it was observed that an increase in the reinforcement ratio commonly produces a reduction in the reliability index; an increase in the first-order relative eccentricity promotes a decrease in reliability, among other evaluated factors.

RESUMO A problemática da durabilidade de estruturas de concreto armado inseridas em ambientes de severa agressividade se apresenta como uma das principais dificuldades enfrentadas pela cadeia da construção civil. Dos vários agentes capazes de degradar estas estruturas tem-se atenção especial aos íons cloreto capazes de causar a corrosão de armaduras, estes íons estão amplamente presentes em ambientes marinhos. Neste espectro, a estimativa de vida útil das estruturas de concreto armado se torna uma temática fundamental na avaliação da durabilidade de estruturas. Apesar de vários processos causarem penetração de cloretos no concreto tem-se praticamente como consenso que o mecanismo de difusão é o predominante, tendo-se como um modelo clássico de caracterização da penetração de cloretos a 2ª Lei da difusão de Fick. O processo de difusão iônica sofre forte influência do grau de saturação (GS) dos poros do concreto, está influencia incide diretamente sobre o coeficiente de difusão de cloretos (D). Ainda que se tenham desenvolvido metodologias de medição do GS elas se apresentam dispendiosas em tempo e recursos. Objetiva-se então apresentar estimativas do Grau de Saturação, baseadas nas condições ambientais de exposição da estrutura, e analisar a influência deste parâmetro na estimativa de vida útil de elementos estruturais de concreto armado sob a ótica da confiabilidade. São utilizados dados meteorológicos e de medição do GS de duas regiões litorâneas, sendo uma em Rio Grande, no sul do Brasil e outra em Santa Pola, sudeste da Espanha. Obtiveram-se modelos de estimativa do GS do concreto para cada situação pesquisada e também para ambos os ambientes em conjunto. Constatou-se então, através de uma abordagem probabilística, a forte influência do uso destes modelos na estimativa de vida útil de elementos de concreto armado.

ABSTRACT The problematic of the durability of reinforced concrete structures inserted in environments of severe aggressiveness is presented as one of the main difficulties faced by the civil construction chain. Of the various agents capable of degrading these structures, special attention is paid to chloride ions capable of causing corrosion of reinforcing steel, these ions are widely present in marine environments. In this sense, the estimated useful service life of reinforced concrete structures becomes a fundamental theme in the evaluation of the durability of concrete structures. Although several processes cause penetration of chlorides in the concrete, it is practically agreed that the diffusion mechanism is the predominant one, being Fick’s 2nd Law of diffusion a classic model for the characterization of chloride penetration into concrete. The ionic diffusion process is strongly influenced by the saturation degree (GS) of the pores in the concrete, it influences directly on the chloride diffusion coefficient (D). Although GS measurement methodologies have been developed, they are costly in time and resources. The objective of this study is to present estimates of GS, based on the environmental exposure conditions of the structure, and to analyze the influence of this parameter on the estimated useful service life of structural elements of reinforced concrete from the point of view of reliability. Meteorological and GS measurement data from two coastal regions are used, one in Rio Grande, in southern Brazil and the other in Santa Pola, southeast of Spain. Concrete GS estimation models were obtained for each studied situation and also for both environments together. It was verified, through a probabilistic approach, the strong influence of the use of these models in the estimation of useful service life of reinforced concrete structures.

RESUMO: Um modelo numérico transiente tridimensional (3D) para análises termomecânicas, criado através do método dos elementos finitos (MEF) com o auxílio do software ANSYS 19.1, é apresentado neste trabalho. O modelo proposto tem por objetivo predizer o comportamento estrutural de pilares de concreto armado em situação de incêndio, pois é sabido que a temperatura elevada reduz significativamente a sua capacidade resistente. Assim, os principais fatores que governam o comportamento estrutural em altas temperaturas devem ser levados em consideração. As análises obtidas com o modelo criado foram confrontadas e validadas com resultados oriundos de ensaios laboratoriais, evidenciando boa correlação entre o campo numérico e o experimental.

ABSTRACT: A three-dimensional (3D) transient numerical model for thermomechanical analysis developed with Finite Element Method (FEM) using the software ANSYS 19.1 is exposed in this paper. The proposed model aims to predict the structural behavior of reinforced concrete columns in a fire situation since it is known that high temperatures significantly reduce their mechanical resistance. For this, the main factors that govern their structural behavior should be considered. Analyses obtained by the proposed model were validated with results from experimental data, evidencing a good correlation between numerical and experimental fields.

RESUMO Conhecer o comportamento do concreto como material estrutural, quantificando com precisão suas propriedades, apresenta-se como uma tarefa fundamental de modo a garantir a confiabilidade das estruturas. Na medida em que se ampliam os controles das propriedades do material nas obras ao redor do mundo, crescem os casos de concretos não conformes. São definidos como concretos não conformes os materiais em que uma ou mais especificações de projeto não são cumpridas. Em geral, a questão da não conformidade recai sobre o não atendimento da resistência à compressão, uma vez que esta é a propriedade mais medida dentro do processo de controle. Dentre as possíveis causas do insucesso, surge a influência exercida pelos procedimentos de ensaio, incluindo neste as possíveis diferenças entre resultados oriundos de distintoslaboratórios. O presente trabalho expõe, com base nas análises apresentadas em MAGALHÃES et al. [1], a influência dos resultados do controle tecnológico do concreto oriundo de distintos locais, na avaliação da confiabilidade estrutural de pilares de edifícios usuais de concreto armado dimensionados de acordo com a norma ABNT NBR 6118 [2]. A capacidade resistente dos elementos estruturais é determinada através de um modelo computacional baseado no método dos elementos finitos. A segurança estrutural é avaliada através do valor do índice de confiabilidade determinado através do emprego de simulações de Monte Carlo. Os resultados mostram que diferentes locais de ensaio podem levar a elevadas variações na avaliação dos níveis de segurança estrutural.

ABSTRACT Knowing the behavior of concrete as a structural material, accurately quantifying its properties, presents itself as a major task to ensure the reliability of structures. As the control of material properties in the construction works increases around the world, the cases of non-compliant concrete are also growing. Materials in which one or more design specifications are not met are defined as non-compliant concrete. In general, the issue of non-compliance results from the non-fulfillment of the compressive strength, since this is the property most commonly tested within the control process. Among the possible causes of failure, there is the influence exerted by test procedures, including the possible differences between results coming from different laboratories. Based on the analysis presented in Magalhães et al. [1], the present work studies the influence of the results of concrete quality control coming from different test sites, on the evaluation of the structural reliability of columns of usual reinforced concrete buildings, designed according to the standard code NBR 6118 [2]. A computer model based on the finite element method determines the bearing capacity of the structural element. The structural safety is assessed by the value of the reliability index, which is calculated by means of Monte Carlo simulations. The results show that different test sites can lead to high variations in the evaluation of structural safety levels.

Abstract Perforated steel thin plates are commonly used in structural engineering. Due to their geometric characteristics, these panels can suffer the undesired buckling phenomenon. In this context, the present work associates the computational modeling and the constructal design method to evaluate the influence of the geometric configuration in the plate buckling behavior, using the exhaustive search method to determine which geometries conduct to superior mechanical behavior. To do so, numerical models are employed to solve elastic and elasto-plastic buckling of plates having a centered perforation. Different hole types (longitudinal oblong, transversal oblong, elliptical, rectangular, diamond, longitudinal hexagonal, or transversal hexagonal) with different shapes (variation of characteristics dimensions of each hole type) are analyzed. Limit curves to avoid buckling were obtained, as well as the definition of the geometries that can improve up to 107% the plate performance.