Um projeto de estruturas deve considerar incertezas intrínsecas às variáveis presentes na estrutura e na concepção estrutural, como intensidade e distribuição das ações, propriedades mecânicas dos materiais, parâmetros geométricos da estrutura e modelos de cálculo e de análise estrutural. Desta forma, a segurança estrutural só pode ser medida em termos probabilísticos. O presente estudo aborda uma análise estatística da variável aleatória erro de modelo para a previsão da capacidade resistente de elementos lineares (vigas e pilares) segundo requisitos das normas de estruturas de concreto ABNT NBR 6118:2003 e ACI 318-2002. A variável erro de modelo é obtida pela razão entre observações dos valores reais e os valores obtidos segundo os requisitos normativos. Os valores reais de resistência dos pilares de concreto armado foram obtidos a partir de uma base de dados experimentais levantada de pesquisas sobre este elementos. O principal objetivo deste trabalho é avaliar a influência de cada parâmetro considerado, como resistência média a compressão do concreto, taxa de armadura, esbeltez dos pilares, altura útil e domínios de ruína das vigas, deformação dos elementos concreto e aço, sobre a resistência última dos elementos. Os resultados obtidos demonstram que os modelos da norma brasileira são conservadores e tendenciosos em relação os parâmetros estudados. / In a design of structures, it should be considered the intrinsic uncertainties to the present variables in the structure and in the structural concept, such as intensity and action distribution, mechanic properties of the material, geometric parameters of the structure and structural analysis and calculus models. Thus, the structural safety can only be measured in probabilistic terms. The present study approaches a statistical analysis of model error random variable for the prediction of resistant capacity of linear elements (columns and beams) according to the ABNT NBR 6118:2003 e ACI 318-2002 concrete structures building code requirements. The model error variable is obtained by the ratio between observation of real values and the values obtained according to the building code requirements. The real values of resistance in the concrete structure columns were obtained from an experimental data base acquired from researches on the same elements. The main objective of this work is to evaluate the influence of each considered parameter, such the concrete average resistance to compression, reinforcement rate, columns slenderness, serviceable height and ruin domains in beams, deformation of concrete and steel elements, about the last resistance of the elements. The obtained results show that Brazilian building code are conservative and tendentious in relation to the studied parameters.

Um projeto de estruturas deve considerar incertezas intrínsecas às variáveis presentes na estrutura e na concepção estrutural, como intensidade e distribuição das ações, propriedades mecânicas dos materiais, parâmetros geométricos da estrutura e modelos de cálculo e de análise estrutural. Desta forma, a segurança estrutural só pode ser medida em termos probabilísticos. O presente estudo aborda uma análise estatística da variável aleatória erro de modelo para a previsão da capacidade resistente de elementos lineares (vigas e pilares) segundo requisitos das normas de estruturas de concreto ABNT NBR 6118:2003 e ACI 318-2002. A variável erro de modelo é obtida pela razão entre observações dos valores reais e os valores obtidos segundo os requisitos normativos. Os valores reais de resistência dos pilares de concreto armado foram obtidos a partir de uma base de dados experimentais levantada de pesquisas sobre este elementos. O principal objetivo deste trabalho é avaliar a influência de cada parâmetro considerado, como resistência média a compressão do concreto, taxa de armadura, esbeltez dos pilares, altura útil e domínios de ruína das vigas, deformação dos elementos concreto e aço, sobre a resistência última dos elementos. Os resultados obtidos demonstram que os modelos da norma brasileira são conservadores e tendenciosos em relação os parâmetros estudados. / In a design of structures, it should be considered the intrinsic uncertainties to the present variables in the structure and in the structural concept, such as intensity and action distribution, mechanic properties of the material, geometric parameters of the structure and structural analysis and calculus models. Thus, the structural safety can only be measured in probabilistic terms. The present study approaches a statistical analysis of model error random variable for the prediction of resistant capacity of linear elements (columns and beams) according to the ABNT NBR 6118:2003 e ACI 318-2002 concrete structures building code requirements. The model error variable is obtained by the ratio between observation of real values and the values obtained according to the building code requirements. The real values of resistance in the concrete structure columns were obtained from an experimental data base acquired from researches on the same elements. The main objective of this work is to evaluate the influence of each considered parameter, such the concrete average resistance to compression, reinforcement rate, columns slenderness, serviceable height and ruin domains in beams, deformation of concrete and steel elements, about the last resistance of the elements. The obtained results show that Brazilian building code are conservative and tendentious in relation to the studied parameters.

Neste trabalho foram discutidos os aspectos de dimensionamento e verificação da segurança de elementos estruturais de concreto armado considerando a não-linearidade dos materiais. O estudo abordou uma nova proposta para a verificação simultânea dos estados limites últimos (ELU) e dos estados limites de serviço (ELS) para elementos de concreto armado submetidos à flexão, voltada especialmente para aplicações considerando a não-linearidade física utilizando o método dos elementos finitos. As propostas alternativas apresentadas na consideração de coeficientes minoradores das resistências dos materiais, trataram da utilização de valores médios para as relações tensão-deformação e para as resistências dos materiais; valores de referência que permitiram a composição de coeficientes globais de segurança, que independem da ruptura ser causada por esgotamento da capacidade resistente do concreto ou do aço e, finalmente, valores médios para as relações tensão-deformação no aço e no concreto, com limitação das resistências em seus valores de projeto. Foram analisadas seções transversais retangulares e do tipo T submetidas à flexão pura, com o uso das propostas alternativas. Foram, também, estudadas vigas isostáticas e hiperestáticas incluindo a verificação das reservas da capacidade resistente da estrutura, sendo que foi considerada a redistribuição dos esforços internos no caso hiperestático. As análises realizadas serviram de base para assumir-se que a terceira proposta anteriormente citada, é a mais adequada e a que atendeu, simultaneamente, às verificações dos ELU e ELS; o que a torna viável para aplicações práticas / The present work deals with dimensioning and verification of the safety conditions of reinforced concrete structural elements, taking into account the material non-linearity. It includes a new proposal for the simultaneous verification of the ultimate limit states (ULS) and the serviceability limit states (SLS) for reinforced concrete bending elements, enhancing finite element applications with physical non-linearities. The alternative proposals for the material safety factors include the use of mean values for the stress-strain relationships and the strength of materials; reference values that allow the composition of global safety coefficients that do not dependent on the type of failure, brittle in the concrete or ductile in the steel and, finally, means values for the concrete and steel stress-strain relationships, keeping the stresses always lower than the design strength values. Rectangular and T-type cross-sectional areas in pure bending were analyzed, using the alternative proposals. Statically determinate and hyperstatic beams were also studied to verify the safety conditions, including the redistribution of the internal forces in the hyperstatic cases. According to the analyses performed it is apparent that the third proposal is the most adequate and satisfies simultaneously the ULS and SLS verifications, being viable for practical applications

Neste trabalho foram discutidos os aspectos de dimensionamento e verificação da segurança de elementos estruturais de concreto armado considerando a não-linearidade dos materiais. O estudo abordou uma nova proposta para a verificação simultânea dos estados limites últimos (ELU) e dos estados limites de serviço (ELS) para elementos de concreto armado submetidos à flexão, voltada especialmente para aplicações considerando a não-linearidade física utilizando o método dos elementos finitos. As propostas alternativas apresentadas na consideração de coeficientes minoradores das resistências dos materiais, trataram da utilização de valores médios para as relações tensão-deformação e para as resistências dos materiais; valores de referência que permitiram a composição de coeficientes globais de segurança, que independem da ruptura ser causada por esgotamento da capacidade resistente do concreto ou do aço e, finalmente, valores médios para as relações tensão-deformação no aço e no concreto, com limitação das resistências em seus valores de projeto. Foram analisadas seções transversais retangulares e do tipo T submetidas à flexão pura, com o uso das propostas alternativas. Foram, também, estudadas vigas isostáticas e hiperestáticas incluindo a verificação das reservas da capacidade resistente da estrutura, sendo que foi considerada a redistribuição dos esforços internos no caso hiperestático. As análises realizadas serviram de base para assumir-se que a terceira proposta anteriormente citada, é a mais adequada e a que atendeu, simultaneamente, às verificações dos ELU e ELS; o que a torna viável para aplicações práticas / The present work deals with dimensioning and verification of the safety conditions of reinforced concrete structural elements, taking into account the material non-linearity. It includes a new proposal for the simultaneous verification of the ultimate limit states (ULS) and the serviceability limit states (SLS) for reinforced concrete bending elements, enhancing finite element applications with physical non-linearities. The alternative proposals for the material safety factors include the use of mean values for the stress-strain relationships and the strength of materials; reference values that allow the composition of global safety coefficients that do not dependent on the type of failure, brittle in the concrete or ductile in the steel and, finally, means values for the concrete and steel stress-strain relationships, keeping the stresses always lower than the design strength values. Rectangular and T-type cross-sectional areas in pure bending were analyzed, using the alternative proposals. Statically determinate and hyperstatic beams were also studied to verify the safety conditions, including the redistribution of the internal forces in the hyperstatic cases. According to the analyses performed it is apparent that the third proposal is the most adequate and satisfies simultaneously the ULS and SLS verifications, being viable for practical applications

Este trabalho apresenta um estudo da (não-)conformidade dos concretos estruturais produzidos no Brasil, bem como uma investigação da segurança de pilares curtos de concreto armado submetidos à compressão simples levando em conta a influência da (não-)conformidade da resistência do concreto. Esta investigação tem como base ensaios de resistência de mais de seis mil corpos-de-prova de diferentes localidades do Brasil. Estes ensaios mostram que parte significativa dos concretos atualmente produzidos no Brasil não atinge a resistência característica (fck) especificada em projeto. Como resultado, estes concretos deveriam ser considerados não-conformes e medidas de mitigação deveriam ser aplicadas. O trabalho investiga ainda o impacto da não-conformidade dos concretos produzidos no Brasil na confiabilidade de pilares curtos de concreto armado submetidos a compressão simples, quando medidas de reforço e recuperação não são adotadas. Para refletir o universo de condições de projeto, na análise de confiabilidade são consideradas quatro classes de resistência do concreto, quinze valores de razão de carregamento e três valores de taxa geométrica de armadura. O trabalho revela uma redução significativa da confiabilidade dos pilares curtos em função da não-conformidade dos concretos. Estes resultados reforçam a necessidade de um controle rigoroso no recebimento do concreto, bem como na fiscalização das medidas de mitigação no caso dos concretos não-conformes. / This paper presents a study of the strength (non-)compliance of structural concretes produced in Brazil, and an investigation of the safety of shortt reinforced concrete columns subjected to axial compression considering the influence of concrete strength (non-)compliance. The investigation is based on experimental results of over six thousand concrete samples from different parts of Brazil. Results show that a significant part of these concretes do not reach the characteristic strength specified in design. As a consequence, these concretes should be considered non-compliant, and mitigation measures should be adopted. The study also investigates the impact of concrete strength non-compliance on the reliability of short columns subject to axial compression, when mitigation measures are not adopted. In order to reflect different design conditions, four classes of concrete strength, fifteen load ratios and three reinforcement ratios are considered. The study reveals that concrete strength non-compliance significantly reduces the reliability of short columns. These results stress the necessity of a rigorous control of concrete deliveries, and the importance of a rigorous control of the mitigation actions, in case of concrete strength non-compliance.

A tarefa mais importante do projetista de estruturas é garantir a segurança em seus projetos. Obras cujas vidas úteis são medidas em décadas devem ser mantidas funcionais, garantindo níveis aceitáveis de segurança e conforto a seus usuários. Deve-se ainda levar em conta os impactos da estrutura, de maneira que o consumo de materiais, o preço, e mesmo os danos ambientais relacionados a ela não inviabilizem sua execução. A otimização estrutural permite a concepção de estruturas que atendem a requisitos desejáveis, e aliada à confiabilidade estrutural, fornece o corpo de conhecimentos necessário para a obtenção de estruturas seguras e viáveis. Apesar disso, a formulação de problemas de otimização estrutural envolvendo quantificação de incertezas envolve grande complexidade, e não foi ainda plenamente absorvida pela prática da engenharia. Nesta tese, diferentes abordagens de otimização considerando incertezas são exploradas e três métodos para a solução de problemas deste tipo são propostos. É apresentada também uma aplicação de otimização baseada em confiabilidade na calibração de coeficientes parciais de segurança. Além disso, aplicações de otimização de risco são estudadas, incluindo problemas que envolvem estruturas que sofrem degradação, e um problema envolvendo confiabilidade de sistema, cuja falha depende da trajetória dos carregamentos no tempo. A tese inclui ainda uma breve revisão e um estudo sobre técnicas de metamodelagem, que são aplicadas nos métodos propostos para a redução dos custos computacionais envolvidos na solução dos problemas de otimização. Os métodos propostos, bem como as aplicações exploradas, são estudados em vários exemplos, demonstrando-se assim a eficiência de cada um deles. / The structural designer\'s utmost important task is to guarantee the safety of the structures designed. Buildings whose lifespan is referred to in decades must be kept functional, with acceptable levels of safety and comfort to its users. The impact caused by the structure must be taken into account as well, so that material consumption, costs and environmental damage do not make its execution unfeasible. Structural optimization allows the design of structures that attend to specific requirements, and together with structural reliability, provides the knowledge required to the achievement of safe and viable structural design. However, the formulation of structural optimization problems including uncertainty quantification involves great complexity, and has not yet been fully absorbed by engineering practice. In this thesis, different approaches to optimization under uncertainties are explored, and three methods are proposed to the solution of this kind of problem. A reliability-based design optimization application to the calibration of partial safety factors is also presented. Moreover risk optimization applications to degrading structures and a system reliability problem, whose failure depends on the trajectory followed by the loads in time are studied. This thesis also includes a study about surrogate modelling techniques, which are applied to reduce the computational burden of the methods proposed herein. The methods and applications studied in this thesis are explored in several examples, thus demonstrating their efficiency.

Este trabalho apresenta um estudo da (não-)conformidade dos concretos estruturais produzidos no Brasil, bem como uma investigação da segurança de pilares curtos de concreto armado submetidos à compressão simples levando em conta a influência da (não-)conformidade da resistência do concreto. Esta investigação tem como base ensaios de resistência de mais de seis mil corpos-de-prova de diferentes localidades do Brasil. Estes ensaios mostram que parte significativa dos concretos atualmente produzidos no Brasil não atinge a resistência característica (fck) especificada em projeto. Como resultado, estes concretos deveriam ser considerados não-conformes e medidas de mitigação deveriam ser aplicadas. O trabalho investiga ainda o impacto da não-conformidade dos concretos produzidos no Brasil na confiabilidade de pilares curtos de concreto armado submetidos a compressão simples, quando medidas de reforço e recuperação não são adotadas. Para refletir o universo de condições de projeto, na análise de confiabilidade são consideradas quatro classes de resistência do concreto, quinze valores de razão de carregamento e três valores de taxa geométrica de armadura. O trabalho revela uma redução significativa da confiabilidade dos pilares curtos em função da não-conformidade dos concretos. Estes resultados reforçam a necessidade de um controle rigoroso no recebimento do concreto, bem como na fiscalização das medidas de mitigação no caso dos concretos não-conformes. / This paper presents a study of the strength (non-)compliance of structural concretes produced in Brazil, and an investigation of the safety of shortt reinforced concrete columns subjected to axial compression considering the influence of concrete strength (non-)compliance. The investigation is based on experimental results of over six thousand concrete samples from different parts of Brazil. Results show that a significant part of these concretes do not reach the characteristic strength specified in design. As a consequence, these concretes should be considered non-compliant, and mitigation measures should be adopted. The study also investigates the impact of concrete strength non-compliance on the reliability of short columns subject to axial compression, when mitigation measures are not adopted. In order to reflect different design conditions, four classes of concrete strength, fifteen load ratios and three reinforcement ratios are considered. The study reveals that concrete strength non-compliance significantly reduces the reliability of short columns. These results stress the necessity of a rigorous control of concrete deliveries, and the importance of a rigorous control of the mitigation actions, in case of concrete strength non-compliance.