Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-05T12:41:20Z No. of bitstreams: 2 Versão Final Mestrado José Corrêia 2012 corrigida [PDF] 08-04-2013.pdf: 2257444 bytes, checksum: 6c85c9b7e8504638e2db57b9b16c0f15 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T12:41:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Versão Final Mestrado José Corrêia 2012 corrigida [PDF] 08-04-2013.pdf: 2257444 bytes, checksum: 6c85c9b7e8504638e2db57b9b16c0f15 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / CNPq / A análise de confiabilidade estrutural possibilita mensurar até que ponto uma estrutura, sob dadas condições atende aos objetivos para as quais foi projetada. Isto se deve ao enfoque probabilístico inerente ao estudo da confiabilidade, pois a violação de determinado estado limite é quantificada através da chamada probabilidade de falha. Desta forma, trata-se de uma importante ferramenta a qual engenheiros podem fazer uso na avaliação da segurança de estruturas, uma vez que parte do empirismo e das incertezas das quais se revestem as variáveis de projeto, sobretudo as ações, podem ser minimizadas. A análise estrutural busca determinar o comportamento da estrutura quando submetida a ações externas podendo a mesma apresentar um comportamento linear ou não-linear. O principal objetivo deste trabalho é estabelecer uma metodologia para cálculo da probabilidade de falha em pórticos planos e dimensioná-los, visando atender um nível de segurança pré-determinado. Na análise estrutural dos pórticos planos é considerada a não-linearidade geométrica. A análise de confiabilidade é efetuada por meio do método analítico FORM (First Order Releability Methods). A função de falha adotada baseia-se em termos de carga. Para proceder o referido dimensionamento é utilizado um sistema computacional que integra a análise estrutural não-linear com as ferramentas para análise de confiabilidade descritas acima.

[pt] Neste trabalho apresenta-se a avaliação do desempenho de ferramentas de inspeção em linha (ILI) ou pig instrumentado na medição de defeitos causados por corrosão e estudam-se diferentes métodos para o cálculo da confiabilidade estrutural ou cálculo da probabilidade de falha (POF) de um duto corroído, baseada na análise do relatório do pig. O relatório de inspeção do pig é avaliado através de comparações de seus resultados com as medições dos defeitos feitas por ferramentas de referência (medições em campo). Os erros associados a cada sistema de medição podem ser encontrados a partir de métodos estatísticos como os métodos da raiz do erro quadrático médio, dos estimadores de Grubbs, de Thompson e de Jaech. As medições das duas ferramentas são também avaliadas através de testes estatísticos para a linha de tendência e o coeficiente de correlação linear (r). O número mínimo de medições de campo necessárias para verificar o desempenho do pig no dimensionamento dos defeitos de corrosão é determinado pela implementação de um teste baseado na análise seqüencial. Uma vez que o relatório do pig é avaliado e aceito, a POF de um duto corroído é calculada usando os métodos analíticos de primeira ordem (FORM) e propagação de incertezas, e o método de simulação de Monte Carlo. A POF do duto é calculada em função de modelos de pressão de falha onde suas variáveis são definidas como funções de probabilidade (fdp). No caso das dimensões do defeito, a fdp e seus parâmetros estatísticos são obtidos a partir da exatidão do pig. A comparação entre a POF calculada e a POF admissível permite determinar quando será necessário fazer uma nova re-inspeção. Quando a POF calculada atinge um valor maior que a POF admissível, antes de se completar um tempo desejado para a próxima inspeção, o procedimento desenvolvido permite decidir qual o número de reparos que deverá ser feito para que este tempo seja alcançado. / [en] This work presents: i) the assessment of in line inspection (ILI) tools performance in the measurement of defects caused by corrosion; ii) differents methods to calculate structural reliability and probability of failure (POF) of corroded pipeline based in the ILI report. The inspection report of the ILI (or instrumented pig) is compared with the the geometry of defects measured by a reference tool (field measurements) and the erros associated to each measurement system are analyzed and assessed from statistical methods. The statistical analysis emploies methods such as the root mean square error/diffrential, and the Grubbs s, Thompson s and Jaech s estimators. The measurements taken by both tools (pig and field) are compared and analyzed through statistical tests that consider the tendency line and the coefficient of linear correlation (r). The minimum number of field measurements necessary to verify the performance of the ILI in sizing of corrosion defects is determined by the implementation of a test based on the sequential analysis. POF of a pipeline is calculated using three different methods: i) first order reliability methods (FORM); ii) propagation of uncertainties and iii) the method Monte Carlo. The POF of the pipeline is calculated as a function of different failure models whose variables (such as pressure, geometric and material parameters) are defined by their probability functions (pdf). The pdf and statistical parameters of the defect dimensions are determined from the accuracy of the pig measurements. The comparison between calculated and acceptable POF allows the determination of next reinspection period. When the calculated POF exceeds the acceptable POF before completing the amount of time desired for the next inspection, the developed procedure allows to know the number of repairs that must be made to reach the desired time when the next ILI will be carried out.

O evento do colapso progressivo começou a ser estudado, principalmente, após o acidente do edifício Ronan Point, em 1968, na cidade de Londres. Esse acidente fez o meio técnico rever as considerações normativas, sobretudo de maneira a adicionar recomendações que visem minimizar os danos causados à estrutura quando sujeita a um dano acidental.Entretanto, tais recomendações não realizam a análise do risco da estrutura colapsar. Essas também não conseguem analisar medidas de robustez e vulnerabilidade, e nem determinar qual é o elemento chave para a estrutura. Desse modo, partindo desses questionamentos, o presente trabalho desenvolveu uma nova metodologia nomeada aqui de Risk Analysis of the Progressive Collapse (RAPC). Este procedimento fornece uma medida mais precisa dos riscos, através de uma abordagem que utiliza a Teoria da Confiabilidade Estrutural. Assim, é deduzida uma expressão para a determinação da probabilidade de colapso progressivo, bem como são definidos os coeficientes de importância e vulnerabilidade para identificar o(s) elemento(s) chave. O elemento chave é definido como o que apresenta a maior interseção entre vulnerabilidade e importância para o colapso estrutural. Essas formulações desenvolvidas na metodologia do RAPC são implementadas em Fortran. Para isso, a modelagem do edifício de alvenaria estrutural é feita utilizando o software DIANA®, no qual os esforços solicitantes são obtidos e utilizados como dados de entrada na análise de confiabilidade. Valores de probabilidades de falha individual por elemento, condicional e condicional dupla são calculados pelo First Order Reliability Method (FORM) e Importance Sampling Monte Carlo (ISMC) com auxílio do programa StRAnD. Um algoritmo em Fortran é implementado para acoplamento do DIANA® e StRAnD, além de mapear a probabilidade de falha dos elementos estruturais. Portanto, torna-se evidente que a identificação dos elementos mais vulneráveis, e do elemento chave em particular, é útil para abordagens diretas de concepção estrutural, tais como a melhoria da resistência local. Contudo, os coeficientes propostos também medem os efeitos dos procedimentos de projeto que conduzem à continuidade, ductilidade e redundância. Quando essas medidas trabalham para reduzir as probabilidades de propagação de dano ou colapso, isso se reflete nas vulnerabilidades de elementos eventualmente iniciando esses caminhos de falha. Sendo assim, conclui-se que a formulação do RAPC se mostra como uma ferramenta na determinação do risco do colapso progressivo nas estruturas. / The progressive collapse event began to be studied, mainly, after the accident of the Ronan Point building, at 1968, in the city of London. This accident caused the engineers review their normative considerations, mainly in order to add recommendations aimed at minimizing the damage to structure when subjected to abnormal loading. However, such recommendations do not perform the risk analysis of the structure to collapse. These also fail to analyze measures of robustness and vulnerability, and either determine which is the key element of the structure. Thus, leaving of these questions, the present work to develop a new methodology named here of Risk Analysis of the Progressive Collapse (RAPC). This procedure provides a more accurate measure of risks through an approach that uses Structural Reliability Theory. Thus, an expression is deduced for the determination of the probability of progressive collapse, as well as the importance and vulnerability coefficients are defined to identify the key element (or key elements). The key element is identified as the one presenting the largest intersection between vulnerability and importance to collapse.These formulations developed in the RAPC methodology are implemented in Fortran.For this, the structural masonry building modeling is done using the DIANA® software, in which the requesting efforts are obtained and used as input data in the reliability analysis. Probabilities values individual, conditional, and double conditional are calculated by the First Order Reliability Method (FORM) and Importance Sampling Monte Carlo (ISMC) using the StRAnD software. A Fortran algorithm is implemented for DIANA® and StRAnD coupling, besides mapping the probability of failure of the structural elements. Therefore, it is clear that identification of the most vulnerable elements, and of the key element in particular, is useful for direct design approaches to structural design, such as local resistance enhancements. However, the coefficients proposed herein also measure the effects of design procedures leading to continuity, ductility or redundancy. When these measures work to reduce probabilities of damage propagation or collapse, this is reflected in the vulnerabilities of elements eventually initiating these failure paths. Therefore, it is concluded that the formulation of RAPC is shown as an tool in determining the risk of progressive collapse in structures.

O mexilhão-dourado é um organismo invasor que tem causado grandes prejuízos a sistemas de captação de água e usinas hidroelétricas (UHEs). Existem diversos métodos de controle da incrustação destes organismos em tubulações de usinas hidroelétricas, porém o impacto da aplicação desses métodos ainda não é amplamente conhecido. Este trabalho visa desenvolver uma metodologia para avaliar a degradação dos sistemas de resfriamento de UHEs submetidas a tratamentos químicos para o controle da incrustação por mexilhão-dourado. Neste trabalho é usado, como caso exemplo, o sistema de resfriamento do ar do núcleo do gerador e do óleo dos mancais de uma UHE com turbina Kaplan de potência aproximada de 150 MW. A análise proposta baseia-se na aplicação de ensaios acelerados de corrosão, a fim de determinar a taxa de corrosão nas condições normais de operação. Os ensaios executados neste estudo simulam condições operacionais mais severas do que as usualmente enfrentadas pelo sistema, visando reduzir o tempo de execução dos ensaios. Os ensaios acelerados de corrosão baseiam-se no aumento da solicitação térmica e da concentração das substâncias químicas injetadas no fluxo de água que são a adição de gás ozônio e de hipoclorito de sódio. Para realização dos ensaios foi construído um circuito experimental capaz de impor condições de temperatura e concentrações das substâncias químicas. Os resultados dos ensaios acelerados fornecem subsídios para aplicação dos conceitos de confiabilidade estrutural para determinação da probabilidade de falha dos equipamentos em estudo em função do tempo de aplicação do tratamento químico. Verificou-se entre os produtos químicos utilizados neste estudo, que o hipoclorito de sódio é 50% mais agressivo para a liga de cobre níquel e 700% mais agressivo para o aço inoxidável em relação a degradação observada pela ação do ozônio. / The golden mussel (Limnoperna fortunei) is an invader organism that has caused great damage to water catchment systems and hydroelectric power plants. There are various methods of fouling control of these organisms in hydroelectric power plants pipelines, but the impact of the application of these methods is not yet widely known. This work aims at developing a methodology to evaluate the degradation of hydroelectric power plants cooling systems pieces of equipment subjected to chemical treatments for control of golden mussel fouling. This work uses as a case example, the cooling system inside generator and oil bearing of Kaplan hydroelectric turbine with 150MW nominal power output. The analysis is based on the application of accelerated corrosion tests in order to determine the rate of corrosion under normal operation conditions given the rates of corrosion under various accelerated conditions. The tests run on this thesis simulate operating conditions more severe than those usually experienced by the system, to reduce the runtime of the tests. The proposed accelerated corrosion tests are based on increased thermal loading and concentration of chemical substances injected into water flow. The chemical treatments tested in this work are the addition of ozone and sodium hypochlorite. For carrying out the tests an experimental circuit capable of imposing different conditions of temperature and concentration levels was built. The results of accelerated tests provide subsidies for the implementation of structural reliability concepts for determining the failure probability of equipment under consideration. Among the chemical products used in the analysis, the sodium hypochlorite is 50% more aggressive for copper-nickel 90/10 alloy and 700% more aggressive for stainless steel in relation to degradation observed for ozone.

Processos aleatórios de corrosão e fadiga reduzem lentamente a resistência de estruturas e componentes estruturais, provocando um aumento gradual nas probabilidades de falha. A gestão do risco de falha de componentes sujeitos a corrosão e/ou fadiga é feita através de políticas de inspeção, manutenção e substituição, atividades que implicam em custos, mas visam manter a confiabilidade em níveis aceitáveis, enquanto o componente permanecer em operação. Aparentemente, os objetivos economia e segurança competem entre si, no entanto, a redução de recursos para inspeção e manutenção pode levar a maiores e crescentes probabilidades de falha, implicando em maiores custos esperados de falha, ou seja, maior risco. A otimização de risco estrutural é uma formulação que permite equacionar este problema, através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, a otimização de risco é utilizada no intuito de encontrar políticas ótimas de inspeção e manutenção, isto é, quantidades de recursos a serem alocadas nestas atividades que levem ao menor custo esperado total possível. Os processos de corrosão e fadiga são representados através de modelos em polinômios de caos, construídos de maneira inédita, com base em dados experimentais ou observados da literatura. Com base nestes modelos, os problemas de otimização de risco envolvendo processos de fadiga e corrosão são resolvidos para diferentes configurações de custos de falha e de inspeções. Verifica-se que as políticas ótimas de inspeção, manutenção e substituição podem ser bastante diferentes para configurações de custo distintas, e que a determinação destas políticas é bastante desafiadora, devido, dentre outros fatores, à grande quantidade de mínimos locais do problema de otimização em questão, causadas por descontinuidades e oscilações da função custo esperado total. / Random corrosion and fatigue processes reduce slowly but gradually the resistance of structures and mechanical components, leading to gradual increase in failure probabilities. Risk management for mechanical components subject to corrosion and fatigue is made by means of policies of inspection, maintenance and substitution. These activities imply costs, but are made to maintain the reliability at acceptable levels, while the component remains in operation. Apparently, economy and safety are competing objectives; however, reduction in inspection and maintenance spending may lead to larger failure probabilities, increasing expected costs of failure (risk). Risk optimization allows one to solve this problem, by means of the so-called total expected cost. In this Thesis, risk optimization is used in order to find the best inspection and maintenance policy, i.e., the proper amount of resources to allocate to such activities in order to obtain minimum total expected cost. Corrosion and fatigue are modeled by means of polynomial chaos expansions, using a novel approach developed herein and experimental or observed data obtained from the literature. These models are employed within two risk optimization problems, solved for different failure and inspection cost configurations. Results show that the optimal policies of inspection, maintenance and replacements can be very different, for different cost configurations, and that the solution of the associated risk optimization problems is a very challenging task, due to the large number of local minima, caused by discontinuities and fluctuations in the total expected costs.

Uma grande variedade de modelos é utilizada para estimar a pressão de ruptura de dutos contendo defeitos de corrosão. O presente trabalho tem como objetivo estudar a precisão dos modelos mais comuns e avaliar a pressão de ruptura de dutos submetidos à corrosão. Os modelos avaliados são: ASME B31G, ASME B31G modificado, DNV RP F101 e PCORRC. O estudo é baseado em mais de 400 resultados de ensaios de ruptura em dutos corroídos, todos coletados da literatura. A base de dados contem defeitos de corrosão reais e artificiais. Uma análise estatística foi realizada para a variável erro de modelo. Uma análise de regressão não-linear foi realizada para investigar os efeitos da variável erro de modelo, das variáveis mais relevantes, como profundidade e comprimento do defeito, e tensão de ruptura do aço. Uma análise de confiabilidade foi realizada a partir das estatísticas obtidas da variável erro de modelo, sendo estimado o índice de confiabilidade e a probabilidade de falha do duto com defeitos de corrosão, através do método iterativo de primeira ordem, denominado FORM (First Order Reliability Method). Nesta análise avaliou-se a evolução da probabilidade de falha com o aumento da profundidade do defeito, bem como foram identificadas as variáveis aleatórias mais importantes na falha do duto. O estudo pode ajudar aos operadores a eleger qual modelo utilizar em análises de risco, proporcionando mais segurança às operações dutoviárias. / A variety of models exist to estimate burst pressures of pipelines containing corrosion defects. The objective of this work is to study the accuracy of some of the most popular empirical burst pressure models. The study addresses the models: ASME B31G, ASME B31G Modified, DNV RP-F101 and PCORRC. The investigation is based on over 400 burst test results, all collected from the literature, containing both real and artificial corrosion defects. A statistical analysis is performed for assessing the accuracy of semi-empirical models by using a model error variable. A non-linear regression analysis is performed to identify the influence, on model errors, of the most relevant variables, such as defect depth and length and steels rupture tension. A reliability analysis was carried out, using model error statistics developed herein, in order to evaluate reliability index and probability of failure of pipelines containing corrosion defects, through the iterative first order reliability method, or FORM - First Order Reliability Method. The evolution of failure probabilities, with increasing defect depth, was investigated. The most relevant random variables were identified. The study can help operators choose a proper empirical model to use in their risk analysis, leading to greater safety in pipeline operations.

O mexilhão-dourado é um organismo invasor que tem causado grandes prejuízos a sistemas de captação de água e usinas hidroelétricas (UHEs). Existem diversos métodos de controle da incrustação destes organismos em tubulações de usinas hidroelétricas, porém o impacto da aplicação desses métodos ainda não é amplamente conhecido. Este trabalho visa desenvolver uma metodologia para avaliar a degradação dos sistemas de resfriamento de UHEs submetidas a tratamentos químicos para o controle da incrustação por mexilhão-dourado. Neste trabalho é usado, como caso exemplo, o sistema de resfriamento do ar do núcleo do gerador e do óleo dos mancais de uma UHE com turbina Kaplan de potência aproximada de 150 MW. A análise proposta baseia-se na aplicação de ensaios acelerados de corrosão, a fim de determinar a taxa de corrosão nas condições normais de operação. Os ensaios executados neste estudo simulam condições operacionais mais severas do que as usualmente enfrentadas pelo sistema, visando reduzir o tempo de execução dos ensaios. Os ensaios acelerados de corrosão baseiam-se no aumento da solicitação térmica e da concentração das substâncias químicas injetadas no fluxo de água que são a adição de gás ozônio e de hipoclorito de sódio. Para realização dos ensaios foi construído um circuito experimental capaz de impor condições de temperatura e concentrações das substâncias químicas. Os resultados dos ensaios acelerados fornecem subsídios para aplicação dos conceitos de confiabilidade estrutural para determinação da probabilidade de falha dos equipamentos em estudo em função do tempo de aplicação do tratamento químico. Verificou-se entre os produtos químicos utilizados neste estudo, que o hipoclorito de sódio é 50% mais agressivo para a liga de cobre níquel e 700% mais agressivo para o aço inoxidável em relação a degradação observada pela ação do ozônio. / The golden mussel (Limnoperna fortunei) is an invader organism that has caused great damage to water catchment systems and hydroelectric power plants. There are various methods of fouling control of these organisms in hydroelectric power plants pipelines, but the impact of the application of these methods is not yet widely known. This work aims at developing a methodology to evaluate the degradation of hydroelectric power plants cooling systems pieces of equipment subjected to chemical treatments for control of golden mussel fouling. This work uses as a case example, the cooling system inside generator and oil bearing of Kaplan hydroelectric turbine with 150MW nominal power output. The analysis is based on the application of accelerated corrosion tests in order to determine the rate of corrosion under normal operation conditions given the rates of corrosion under various accelerated conditions. The tests run on this thesis simulate operating conditions more severe than those usually experienced by the system, to reduce the runtime of the tests. The proposed accelerated corrosion tests are based on increased thermal loading and concentration of chemical substances injected into water flow. The chemical treatments tested in this work are the addition of ozone and sodium hypochlorite. For carrying out the tests an experimental circuit capable of imposing different conditions of temperature and concentration levels was built. The results of accelerated tests provide subsidies for the implementation of structural reliability concepts for determining the failure probability of equipment under consideration. Among the chemical products used in the analysis, the sodium hypochlorite is 50% more aggressive for copper-nickel 90/10 alloy and 700% more aggressive for stainless steel in relation to degradation observed for ozone.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2217_1.pdf: 882149 bytes, checksum: 3c08b499446a409d8a16c96820f252d3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / O procedimento mais adequado para verificação da segurança de uma estrutura é quantificar a sua probabilidade de falha. A determinação deste valor pode ser feita utilizando o método de confiabilidade de primeira ordem (FORM), que recai em um problema de otimização para resolver o problema de confiabilidade estrutural. Outra alternativa é aplicar o método de simulação de aleatoriedade de Monte Carlo. O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia para verificação da segurança e dimensionamento ótimo baseado na verificação da segurança de dutos com defeitos causados por corrosão. Por sua vez, para aplicação dos métodos de confiabilidade, a função de falha do problema deverá ser definida. Aqui, esta função será representada pela pressão interna aplicada e pela pressão de falha em termos de ruptura. Apesar da pressão de falha poder ser obtida por fórmulas empíricas usando códigos tais como B31G, RSTRENG, BS-7910 e DNV-99, o uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) torna o problema mais realístico na obtenção da pressão de falha do duto, pelo fato dos resultados empíricos serem em geral muito conservadores. Para calcular a pressão de falha considerando o MEF, as não-linearidades do material e da geometria devem ser consideradas. Este é um problema com simulação de alto custo, mesmo para uma única simulação. No caso de múltiplas avaliações da função e do gradiente, tal como o procedimento de análise de confiabilidade, dependendo do caso estudado, o alto custo computacional envolvido pode tornar o emprego desta ferramenta inviável. Modelos substitutos são apontados na literatura como uma ferramenta poderosa para superar os problemas citados. A idéia básica é a de construir uma simplificação matemática para o problema original normalmente de alto custo computacional. Este modelo aproximado é aqui utilizado para aplicações referentes à confiabilidade de estruturas fornecendo uma visão sobre as tendências globais das respostas no domínio de falha. Uma vez que o modelo substituto é construído, as várias avaliações de funções e seus gradientes que envolvem o processo de confiabilidade ficam diretamente associadas a este modelo, em substituição às respostas obtidas pelo modelo de simulação original. Neste trabalho, aproximação do tipo ajuste de dados via krigagem será utilizada. Finalmente, o dimensionamento ótimo do duto será apresentado visando garantir que em um determinado período de exposição, o duto conserve o nível de segurança com o menor custo de projeto possível. No contexto da verificação da segurança, o método semi-probabilístico também se insere. Em contrapartida, não é possível definir a probabilidade de falha fazendo uso deste método. O fatorde segurança será aqui calculado apenas para efeito de verificação. Serão estudados dutos com defeito isolado e com múltiplos defeitos. O presente estudo analisará incertezas relacionadas com parâmetros geométricos do duto e do defeito, com o carregamento aplicado e com as propriedades do material. Para efeito comparativo, a predição de falha desses dutos será representada por soluções empíricas tais como BS-7910 (1999) e por soluções numéricas via MEF e via técnicas de aproximação por krigagem. Comparações entre as diferentes metodologias de verificação da segurança serão apresentadas, considerando o efeito do tempo. O dimensionamento ótimo do duto será avaliado, considerando como variável de projeto a espessura do duto ou o tempo de inspeção. Com o presente estudo fica apresentada uma metodologia realística e viável na prática, podendo facilitar o trabalho do engenheiro na avaliação da segurança de dutos sujeitos à corrosão. Esta provém da aplicação de diferentes procedimentos. Estes envolvem: análise determinística nãolinear física e geométrica, análise de confiabilidade para consideração de incertezas no problema, uso de modelos substitutos e dimensionamento ótimo

O evento do colapso progressivo começou a ser estudado, principalmente, após o acidente do edifício Ronan Point, em 1968, na cidade de Londres. Esse acidente fez o meio técnico rever as considerações normativas, sobretudo de maneira a adicionar recomendações que visem minimizar os danos causados à estrutura quando sujeita a um dano acidental.Entretanto, tais recomendações não realizam a análise do risco da estrutura colapsar. Essas também não conseguem analisar medidas de robustez e vulnerabilidade, e nem determinar qual é o elemento chave para a estrutura. Desse modo, partindo desses questionamentos, o presente trabalho desenvolveu uma nova metodologia nomeada aqui de Risk Analysis of the Progressive Collapse (RAPC). Este procedimento fornece uma medida mais precisa dos riscos, através de uma abordagem que utiliza a Teoria da Confiabilidade Estrutural. Assim, é deduzida uma expressão para a determinação da probabilidade de colapso progressivo, bem como são definidos os coeficientes de importância e vulnerabilidade para identificar o(s) elemento(s) chave. O elemento chave é definido como o que apresenta a maior interseção entre vulnerabilidade e importância para o colapso estrutural. Essas formulações desenvolvidas na metodologia do RAPC são implementadas em Fortran. Para isso, a modelagem do edifício de alvenaria estrutural é feita utilizando o software DIANA®, no qual os esforços solicitantes são obtidos e utilizados como dados de entrada na análise de confiabilidade. Valores de probabilidades de falha individual por elemento, condicional e condicional dupla são calculados pelo First Order Reliability Method (FORM) e Importance Sampling Monte Carlo (ISMC) com auxílio do programa StRAnD. Um algoritmo em Fortran é implementado para acoplamento do DIANA® e StRAnD, além de mapear a probabilidade de falha dos elementos estruturais. Portanto, torna-se evidente que a identificação dos elementos mais vulneráveis, e do elemento chave em particular, é útil para abordagens diretas de concepção estrutural, tais como a melhoria da resistência local. Contudo, os coeficientes propostos também medem os efeitos dos procedimentos de projeto que conduzem à continuidade, ductilidade e redundância. Quando essas medidas trabalham para reduzir as probabilidades de propagação de dano ou colapso, isso se reflete nas vulnerabilidades de elementos eventualmente iniciando esses caminhos de falha. Sendo assim, conclui-se que a formulação do RAPC se mostra como uma ferramenta na determinação do risco do colapso progressivo nas estruturas. / The progressive collapse event began to be studied, mainly, after the accident of the Ronan Point building, at 1968, in the city of London. This accident caused the engineers review their normative considerations, mainly in order to add recommendations aimed at minimizing the damage to structure when subjected to abnormal loading. However, such recommendations do not perform the risk analysis of the structure to collapse. These also fail to analyze measures of robustness and vulnerability, and either determine which is the key element of the structure. Thus, leaving of these questions, the present work to develop a new methodology named here of Risk Analysis of the Progressive Collapse (RAPC). This procedure provides a more accurate measure of risks through an approach that uses Structural Reliability Theory. Thus, an expression is deduced for the determination of the probability of progressive collapse, as well as the importance and vulnerability coefficients are defined to identify the key element (or key elements). The key element is identified as the one presenting the largest intersection between vulnerability and importance to collapse.These formulations developed in the RAPC methodology are implemented in Fortran.For this, the structural masonry building modeling is done using the DIANA® software, in which the requesting efforts are obtained and used as input data in the reliability analysis. Probabilities values individual, conditional, and double conditional are calculated by the First Order Reliability Method (FORM) and Importance Sampling Monte Carlo (ISMC) using the StRAnD software. A Fortran algorithm is implemented for DIANA® and StRAnD coupling, besides mapping the probability of failure of the structural elements. Therefore, it is clear that identification of the most vulnerable elements, and of the key element in particular, is useful for direct design approaches to structural design, such as local resistance enhancements. However, the coefficients proposed herein also measure the effects of design procedures leading to continuity, ductility or redundancy. When these measures work to reduce probabilities of damage propagation or collapse, this is reflected in the vulnerabilities of elements eventually initiating these failure paths. Therefore, it is concluded that the formulation of RAPC is shown as an tool in determining the risk of progressive collapse in structures.

Processos aleatórios de corrosão e fadiga reduzem lentamente a resistência de estruturas e componentes estruturais, provocando um aumento gradual nas probabilidades de falha. A gestão do risco de falha de componentes sujeitos a corrosão e/ou fadiga é feita através de políticas de inspeção, manutenção e substituição, atividades que implicam em custos, mas visam manter a confiabilidade em níveis aceitáveis, enquanto o componente permanecer em operação. Aparentemente, os objetivos economia e segurança competem entre si, no entanto, a redução de recursos para inspeção e manutenção pode levar a maiores e crescentes probabilidades de falha, implicando em maiores custos esperados de falha, ou seja, maior risco. A otimização de risco estrutural é uma formulação que permite equacionar este problema, através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, a otimização de risco é utilizada no intuito de encontrar políticas ótimas de inspeção e manutenção, isto é, quantidades de recursos a serem alocadas nestas atividades que levem ao menor custo esperado total possível. Os processos de corrosão e fadiga são representados através de modelos em polinômios de caos, construídos de maneira inédita, com base em dados experimentais ou observados da literatura. Com base nestes modelos, os problemas de otimização de risco envolvendo processos de fadiga e corrosão são resolvidos para diferentes configurações de custos de falha e de inspeções. Verifica-se que as políticas ótimas de inspeção, manutenção e substituição podem ser bastante diferentes para configurações de custo distintas, e que a determinação destas políticas é bastante desafiadora, devido, dentre outros fatores, à grande quantidade de mínimos locais do problema de otimização em questão, causadas por descontinuidades e oscilações da função custo esperado total. / Random corrosion and fatigue processes reduce slowly but gradually the resistance of structures and mechanical components, leading to gradual increase in failure probabilities. Risk management for mechanical components subject to corrosion and fatigue is made by means of policies of inspection, maintenance and substitution. These activities imply costs, but are made to maintain the reliability at acceptable levels, while the component remains in operation. Apparently, economy and safety are competing objectives; however, reduction in inspection and maintenance spending may lead to larger failure probabilities, increasing expected costs of failure (risk). Risk optimization allows one to solve this problem, by means of the so-called total expected cost. In this Thesis, risk optimization is used in order to find the best inspection and maintenance policy, i.e., the proper amount of resources to allocate to such activities in order to obtain minimum total expected cost. Corrosion and fatigue are modeled by means of polynomial chaos expansions, using a novel approach developed herein and experimental or observed data obtained from the literature. These models are employed within two risk optimization problems, solved for different failure and inspection cost configurations. Results show that the optimal policies of inspection, maintenance and replacements can be very different, for different cost configurations, and that the solution of the associated risk optimization problems is a very challenging task, due to the large number of local minima, caused by discontinuities and fluctuations in the total expected costs.