Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Dispositivo para proteção de pilares em prédios: a...
Documento Mestrado
Área Métodos Numéricos
Data da defesa 20/03/2024
Autor CARNEIRO, José Caio Couto Bezerra
Orientador BECK, André Teófilo
Português
Título Dispositivo para proteção de pilares em prédios: absorção de impactos contra colapso progressivo
Resumo
O colapso progressivo pode ser definido como um mecanismo de reação em cadeia caracterizado por significativa desproporção entre a área acometida pela falha inicial e a área total afetada. Este fenômeno pode ser ainda mais catastrófico em estruturas com estados limites que envolvam rupturas frágeis, como as lajes lisas, tendo em vista que uma falha localizada tende a se propagar em toda ou grande parte da extensão do pavimento. Nesse contexto, diversas metodologias de mitigação da propensão ao colapso desproporcional são propostas na literatura, mas poucas visam mitigar um colapso já iniciado. Dito isto, esta pesquisa tem como objetivo a proposição de um dispositivo de reforço estrutural com potencial aplicação em pilares de estruturas em concreto armado e protendido, a fim de conter o colapso progressivo proveniente de ruína em lajes lisas, obtendo propriedades ótimas deste mitigador de energia após avaliações sobre os modos de propagação de falha na laje advindas de ruína de pilar central. Para tanto, foi implementado um modelo mecânico para estimar os esforços solicitantes do pórtico com lajes lisas baseado no Método dos Pórticos Equivalentes (MPE). Para estimar a resistência dos elementos que compõem a laje, foram utilizados modelos analíticos baseados na ABNT NBR 6118 (2023) para a punção, contemplando também lajes com protensão e com armadura contra o colapso progressivo. Para avaliar o rendimento do dispositivo em situação de absorção de energia dado impactos longitudinais, um modelo analítico baseado em energia foi implementado para simulação do edifício em situação de colapso, que também auxilia no dimensionamento da área necessária do dispositivo EA (energy absorbing). O método de confiabilidade para estimar o nível de segurança das lajes do edifício foi o FORM (First Order Reliability Method). Observou-se que a maioria das lajes possuem segurança adequada com confiabilidades alvo de normas como o ACI 318 (2019) e o CEB-FIP/MC (2010), mas após a remoção de pilar central, que foi uma falha condicional para avaliar o nível de propagação na laje, há colapso parcial e uma parte das lajes caem, acionando o dispositivo desenvolvido.
Palavras-chave colapso progressivo; dispositivo de reforço; absorção de energia; confiabilidade; lajes lisas.

English
Title Device for column protection in buildings: impact absorption against progressive collapse
Abstract
Progressive collapse can be defined as a chain reaction mechanism characterized by a significant disproportion between the area affected by the initial failure and the total affected area. This phenomenon can be catastrophic in less compartmentalized structures subjected to limit states involving brittle failures, such as flat slabs, given that a localized failure tends to propagate throughout the entire floor or over a large part of the slab. In this context, several methodologies for mitigating the propensity for disproportionate collapse are proposed in the literature, but few aim to mitigate a collapse already initiated. Thuss, this research aims to propose a structural reinforcement device with potential application in columns of reinforced and prestressed concrete structures, aiming to contain progressive collapse resulting from failures in flat slabs, achieving optimal properties of this energy dissipator after evaluations of failure propagation modes in the slab arising from central columns failures. To this end, a mechanical model was implemented to estimate the demand forces of the frame with flat slabs based on the Equivalent Frame Method (EFM). Analytical models based on ABNT NBR 6118 (2023) for punching were used to estimate the resistance of the elements composing the slab, also considering slabs with prestressing and with reinforcement against progressive collapse. To assess the device's performance in energy absorption during longitudinal impact situations, an energy-based analytical model was implemented to simulate the building in a collapse situation, which also assists in sizing the required area of the EA (energy-absorbing) device. The reliability method used to estimate the safety level of the building slabs was the FORM (First Order Reliability Method). It was observed that the slabs have adequate safety, with reliability levels targeted by standards such as ACI 318 (2019) and CEB-FIP/MC (2010). However, after the removal of the central pillar, wich was a conditional failure to assess the level of propagation on the slab, there is partial collapse and a portion of the slabs falls, triggering the developed device.
Keywords progressive collapse; reinforcement device; energy absorption; reliability; flat slabs.