[pt] Os projetos geotécnicos são, em geral, avaliados através do cálculo de um coeficiente de segurança, obtido de forma determinística. A presente pesquisa tem como objetivo a comparação de dois métodos probabilísticos (Estimativas Pontuais e Segundo Momento) empregados em análises de estabilidade. Os métodos probabilísticos quantificam as incertezas oriundas da variabilidade dos parâmetros geotécnicos, calculando-se um índice de confiabilidade (beta), que expressa o quanto o fator de segurança é confiável. No entanto, o índice b é um parâmetro relativo, pois não exprime todas as incertezas contidas em um projeto geotécnico. O trabalho apresenta uma comparação das análises probabilísticas de estabilidade da barragem de Curuá-Una, no Pará, e de um muro de arrimo, em São Fidélis, no Estado do Rio de Janeiro. No caso da barragem, estudou-se a influência de um eventual aumento no nível d´água do reservatório no cálculo da probabilidade de ruptura. Para o muro, foram consideradas diversas alturas do nível d´água no retroaterro a montante. As análises enfocaram, ainda, detalhes dos métodos probabilísticos, no que se refere à aplicabilidade para projetos práticos. Verificou-se que o método do Segundo Momento é de mais fácil utilização em geotecnia. Recomenda-se, portanto, a sua aplicação em conjunto com as análises determinísticas, mais usuais na prática. / [en] Geotechnical projects are generaly assessed through the calculus of the safety factor obtained by deterministic methodologies. The purpose of the present research work is to compare two probabilistic methods (Estimate Punctual and Second Moment) employed in stability analyses. Probabilistic methods quantify the uncertainties derived from the variability of geotechnical parameters, calculating a confidence ratio that expresses how reliable the safety factor is. However, the ratio is a relative parameter, since it does not account for all the uncertainties contained in a geotechnical project. In view of this situation, the study compares the stability probabilistic analyses of Curuá-Una dam, in Pará, and those of a retaining wall in São Fidélis, Rio de Janeiro. Regarding the dam, the influence of a possible rise in the resevoir water level in the calculus of failure probability has been investigated. In respect to the wall, several water levels have been considered in the upstream backfill. Moreover, the analyses have focused on the details of probabilistic methods and their application to practical projects. It has been verified that the Second Moment Method is more easily employed in geothecnics. Therefore, it is recommended that it should be applied together with the deterministic analyses currently used in practice.

[pt] Apresenta-se uma metodologia geral para a avaliação do risco sísmico em sistemas estruturais de engenharia civil com particularizações para edifícios e, a seguir, executam- se aplicações para exemplificar a proposta e para o desenvolvimento de procedimentos complementares aos adotados na prática por métodos determinísticos. Para tal, considera-se a excitação sísmica como um processo aleatório fracamente estacionário, definido por uma função de densidade de espectro de potência da aceleração do movimento do terreno e, no domínio da frequência, determinam-se funções semelhantes para as respostas estruturais. Considera-se, a seguir, o problema de primeira ultrapassagem, de acordo com a solução de Vanmarcke, para determinar a distribuição de probabilidade das respostas estruturais permanecerem abaixo dos níveis numericamente especificados, designados de barreiras. A partir dessas probabilidades, prossegue-se para desenvolver: - uma metodologia para análise de risco sísmico de estruturas prediais, incluindo uma fase preliminar de avaliação da ameaça sísmica para o território nacional; - recursos para avaliação do compromisso probabilístico entre uma função de densidade de espectro de potência da excitação sísmica, para uma região, e um espectro de resposta de projeto proposto para o mesmo local; - o conceito e o procedimento para geração de um espectro de resposta uniformemente provável a ser utilizado para análise do sistema principal e de um espectro de resposta acoplado uniformemente provável para o caso dos sistemas secundários; - uma comparação entre a capacidade a ações horizontais eólicas de estruturas prediais correntes, no Brasil, e o significado dessa resistência para os requisitos de demanda decorrente dos sismos prováveis; - um procedimento para geração de uma função de densidade de espectro de potência objetivo associada a um espectro de resposta de projeto prescrito. A implementação computacional da análise estrutural no domínio da frequência utiliza parcialmente o programa SASSI-2000 e a análise probabilística usa os programas APESS e CA desenvolvidos internamente ao trabalho. / [en] One presents a general methodology to the evaluation of the seismic risk to civil engineering structures, with emphasis to building systems, and in sequence a series of applications is made to exemplify this proposal and to develop complementary procedures to the deterministic structural analysis. On this way, one considers the structural seismic excitation as a weakly stationary random process mainly defined by a ground acceleration power density function and one determines, in the frequency domain, similar structural response quantity functions. One applies, to this response functions, the first passage problem solution according to Vanmarcke and so determining the distribution probability functions of these maximum structural response quantities to remain below specified numerical levels, which are called barriers. From these probability distributions, one proceeds to develop: − a methodology to the structural seismic risk analysis, including a previous phase to define the seismic hazard over the Brazilian territory; − tools to evaluated the probabilistic compromise between a power spectrum density function of the seismic excitation for a region and a design response spectrum proposed to the same area; − the idea of a uniformly probable design response spectrum and the procedures to generate this function to be used in the analyses of the primary system; and to produce a uniformly probable coupled response spectrum for the analyses of secondary systems; − a comparison between the wind horizontal action capacity of regular building structures in Brazil and the capability which would be expected to the seismic hazard; − a procedure to generate a target power spectrum density function for the seismic hazard probabilistically associated to a prescribed design response spectrum for a site. The computational support to the frequency domain structural analysis is taken partially from SASSI-2000 program and the probabilistic paths are made by APESS and CA programs which have been developed inside this work.

[pt] Estudamos aproximações amostrais de problemas com restrições probabilísticas através da aproximação pela média amostral (SAA) e demonstramos as propriedades de convergência relacionadas. Utilizamos SAA para obter bons candidatos à solução e cotas estatísticas para o valor ótimo do problema original. Para ajustar corretamente parâmetros, aplicamos o método a dois problemas com restrições probabilísticas. O primeiro é um problema de seleção de portfolio linear com retornos seguindo uma distribuição lognormal multivariada. O segundo é uma versão com restrições probabilísticas conjuntas de um problema da mistura simplificado. Concluímos com uma aplicação mais exigente ao problema de se determinar a provisão mínima que um agente econômico deve ter de forma a satisfazer uma série de obrigações futuras com probabilidade suficientemente alta. / [en] We study sample approximations of chance constrained problems through the sample average approximation (SAA) approach and prove the related convergence properties. We discuss how to use the SAA method to obtain good candidate solutions and bounds for the optimal value of the original problem. In order to tune the parameters of SAA, we apply the method to two chance constrained problems. The first is a linear portfolio selection problem with returns following a multivariate lognormal distribution. The second is a joint chance constrained version of a simple blending problem. We conclude with a more demanding application of SAA methodology to the determination of the minimum provision an economic agent must have in order to meet a series of future payment obligations with sufficiently high probability.

[pt] O dimensionamento de equipamentos sobressalentes se mostra como importante ferramenta de análise de investimento para o projeto e planejamento da operação e manutenção de qualquer sistema de grande porte. Não sendo diferente no que contempla o sistema de distribuição elétrica no cenário brasileiro. Os sistemas de distribuição, regulados pela Agência Nacional de Energia Elétrica, precisam fornecer energia de forma segura, estável e com índices de defeito extremamente baixos, tornando-se cabíveis punições monetárias no caso de descumprimento das normas estabelecidas. Um dos pontos de maior sensibilidade em um sistema de distribuição são as subestações existentes no mesmo, onde os defeitos impactam um número elevado de consumidores, além de possuir equipamentos de grande custo de aquisição. A redundância em sistemas desse porte poderia reduzir consideravelmente as falhas, mas demandaria um investimento inicial muito elevado. Sendo assim, a existência de estoque estratégico torna-se relevante, visando diminuir a duração das falhas com o menor investimento possível. Os transformadores apresentam grande relevância em uma subestação, sendo possível a análise de estoque de unidades fixas, que atenderiam apenas uma localidade ou região, e o estoque de unidades móveis, que poderiam atender, ainda que em caráter provisório, diferentes regiões atingidas. Esta dissertação apresenta uma metodologia probabilística para a definição da estratégia de dimensionamento dos estoques de equipamentos reservas ao longo do tempo, dando enfoque às unidades móveis, sendo possível avaliar a confiabilidade do sistema, comparar os investimentos e custos operacionais de diferentes cenários. Permite também que sejam consideradas questões importantes, como o envelhecimento dos equipamentos, o aumento da carga com características diferentes para cada unidade a possibilidade de transferência de carga de uma unidade avariada para outra em funcionamento. Essas premissas proporcionam dados mais precisos para análise de investimentos, por considerar as condições individuais dos equipamentos. A ferramenta básica de análise será a simulação Monte Carlo cronológica, de modo a capturar precisamente todas as características do problema em questão. A metodologia acima proposta é aplicada a um grupo de transformadores da classe 138-13,8 kV, 25 MVA, visando demonstrar a capacidade da metodologia de encontrar as soluções condizentes do ponto de vista técnico e econômico. / [en] The sizing of equipment spares is an important investment analysis for the design and planning of the operation and maintenance of any large system. These concepts can also be applied to electric distribution systems of the interconnected Brazilian network. Distribution systems, regulated by the Brazilian Electricity Regulatory Agency, need to supply energy in a secure, stable, and extremely low fault rate, making monetary penalties possible in case of non-compliance with established standards. One of the most sensitive points in a distribution system is its current substations, where failures impact a large number of consumers, besides having relatively high-cost equipment. Redundancy in systems of this type could considerably reduce failures, but would require a very high initial investment. Thus, the need of a strategic inventory becomes relevant, aiming to reduce the duration of the failures with the least possible investment. Transformers are of great importance in an electric power station, whose spare requirements are usually assessed, but would only serve a locality or region, while the stock of mobile units, although on a temporary basis, would serve to different affected regions. This dissertation presents a probabilistic methodology for assessing of spare transformer requirements and the associated inventory acquisition strategy over time, focusing on mobile units. It includes the evaluation of reliability indices and comparison of investment and operational costs for different scenarios. It also allows important issues to be considered, such as equipment aging, load increasing with different characteristics for each unit, and the possibility of load transfers from one faulty unit to another in operation. These assumptions provide more accurate input data for investment analysis, considering the individual conditions of equipment. The basic tool to be used is the chronological Monte Carlo simulation that accurately captures all characteristics of the problem being solved. The proposed methodology is applied to a group of transformers of the class 138-13.8 kV, 25 MVA, aiming to demonstrate the ability of the proposed method to find the appropriate solutions from a technical and economic points of view.

[pt] Esta pesquisa apresenta uma comparação entre duas estratégias de construção de poços marítimos, sequencial e seriada, de forma a entender suas características e ressaltar suas diferenças, impactos e desafios. Além disso, para inserir o contexto de incerteza nessas operações, foi acrescentada uma análise de risco para cada uma das estratégias de perfuração e completação de poços. Um estudo de caso com dados reais de um campo de petróleo foi desenvolvido de forma a analisar os resultados e comparar questões sobre duração da campanha dos poços, entrada dos poços em produção, troca de fluidos e ajustes da sonda. Essas mesmas questões foram analisadas após acrescentar distribuições de probabilidade aos cronogramas das estratégias sequencial e seriada e aplicar a simulação de Monte Carlo. Os resultados mostraram a relevância de se avaliar novas formas de sequenciamento das atividades de poços a fim de reduzir o tempo total levado para construção de poços marítimos. / [en] This research presents a comparison between two different strategies of offshore well construction, one sequential and another in batch. This analysis aims to understand the characteristics of these two strategies, their impacts on some results and challenges. Besides, to understand how uncertainties affect these operations, a risk analysis was incorporated to each one of the strategies. A case study with real data from an oil field was developed in order to analyze the results and to compare issues, as total well campaign duration, production ramp up, fluid exchange and drilling rig adjustments. These same issues were analyzed after adding probability distribution in each strategy s schedules and realizing a Monte Carlo simulation. The results showed the importance of evaluating different types of sequencing well activities seeking to reduce total well construction duration.

Orientador: Denis José Schiozer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-28T00:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertolini_AndreCarlos_D.pdf: 30287486 bytes, checksum: e38cb30df0864b5bbc8c5bf4829d4346 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho propõe uma metodologia de ajuste de histórico probabilístico em tempo real a fim de melhorar a previsão do reservatório ao longo do tempo. A metodologia proposta utiliza uma avaliação rigorosa nos modelos sincronizada com a frequência de aquisição de dados históricos. Esta avaliação contínua permite uma rápida identificação de deficiência do modelo e reação para iniciar um processo de recaracterização conforme necessário. Além disso, a metodologia inclui uma técnica de quantificação de incertezas utilizando os dados dinâmicos para reduzir as incertezas do reservatório, e um passo para incluir erros de medição e margens de tolerância para os dados históricos. O fluxo de trabalho da metodologia é composto por nove etapas. O fluxo começa com um conjunto de modelos representativos selecionados através de uma abordagem probabilística, as incertezas do reservatório, e um intervalo de aceitação dos dados históricos. Os modelos são simulados e os resultados comparados com os dados históricos. Os passos seguintes são a redução da incerteza e uma segunda avaliação do modelo para garantir um melhor ajuste de histórico. Depois, os modelos são filtrados para descartar aqueles que estejam fora da faixa de aceitação e, em seguida, usados para fazer previsões do reservatório. O último passo é a verificação de novos dados observados, que é sincronizada com a aquisição de dados. O método também apresenta uma maneira inovadora e eficiente para apoiar o monitoramento do reservatório através de indicadores gráficos da qualidade do ajuste. Um modelo de reservatório sintético foi usado em todo o trabalho a fim de controlar os resultados de todos os métodos que apoiam a metodologia proposta. Além disso, a metodologia foi aplicada no modelo UNISIM-IH, baseado no campo de Namorado, localizado na Bacia de Campos, Brasil. Os estudos de caso realizados mostraram que a metodologia proposta assimila continuamente os dados observados do reservatório, avalia o desempenho do modelo, e mantém um conjunto de modelos de reservatórios calibrados em tempo real / Abstract: This work focuses on probabilistic real-time history matching to improve reservoir forecast over time. The proposed methodology uses a rigorous model evaluation, which is synchronized with history data acquisition frequency. A continuous model evaluation allows a quick model deficiency identification and reaction to start a model reparametrization process as needed. In addition, the methodology includes an uncertainty quantification technique, which uses the dynamic data to reduce reservoir uncertainties, and a step to include measurement errors and observed data tolerance margin. The real-time history matching workflow is composed of nine steps. It starts with a set of representative models selected through a probabilistic approach, the uncertainties of the reservoir and an acceptance history data range. The models are run and the results compared with the history data. The following steps are uncertainty reduction and a second model evaluation to guarantee an improved history matching. The models are then filtered to discard any model outside the acceptance range, and then used to make reservoir forecast. In the final step, the workflow searches for new data observed. The methodology also presents a novel and efficient way to support reservoir surveillance through graphical indicators of matching quality. To better control the results of all the methods, which supports the proposed methodology, a synthetic reservoir model was used in the entire work. In addition, the proposed methodology was applied in the UNISIM-I-H model, which is based on the Namorado field, located in the Campos Basin, Brazil. The performed study cases were shown that the proposed history matching procedure assimilates continuously the observed reservoir data, evaluates the model performances through quality indicators and maintains a set of calibrated reservoir models in real-time / Doutorado / Reservatórios e Gestão / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

[pt] Esta pesquisa apresenta uma metodologia probabilística para estimativa de reservas de óleo e gás. Nesta metodologia são consideradas as incertezas de importantes variáveis presentes na avaliação econômica da produção, como as vazões de óleo e gás, os preços e custos operacionais. Além disso, neste trabalho busca-se compreender o impacto da variação do preço do óleo no comportamento dos custos no longo prazo. A relação de dependência entre as variáveis preço e custo também está presente na proposta de estimativa de reservas. Um sistema foi desenvolvido a fim de aplicar a metodologia, o que permitiu a verificação e análise dos resultados de um estudo de caso com dados reais de um campo de petróleo. Os resultados mostraram a relevância de se avaliar e quantificar as incertezas na avaliação econômica das reservas, assim como a necessidade de considerar o efeito da variação do preço do óleo nos custos operacionais. Apontase, assim, uma nova forma de estimar reservas, segundo uma abordagem probabilística, que pode impactar significativamente o volume de óleo e gás economicamente recuperável que é divulgado por uma companhia petrolífera. / [en] This study presents a probabilistic methodology for estimating oil and gas reserves. The methodology takes into account the uncertainties of important variables present in the economic evaluation of reserves, such as oil and gas production, prices, and operational costs. In addition, this research seeks to understand the impact of oil price variations on the cost behavior in the long term. The dependence relationship between price and cost is also considered in the proposed reserves estimation methodology. A system has been designed in order to apply the methodology, allowing the verification and analysis of the results in a case study with real data from an oil field. The results show the importance of evaluating and quantifying the uncertainties in the economic assessment of the reserves, as well as the need to consider the effect of oil price changes in operational costs. This research proposes, therefore, an alternative to estimating reserves, according to a probabilistic approach, which can significantly impact the volume of oil and gas economically recoverable to be disclosed by an oil company.

[pt] O compartilhamento de frequências entre sistemas de comunicações por satélite e sistemas terrestres tem sido objeto de estudos desde o aparecimento dos primeiros sistemas comerciais de comunicações por satélite. Esta dissertação analisa a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre (FS - Fixed Service) contra a interferência agregada produzida pela transmissão de múltiplos satélites geoestacionários do Serviço Fixo por Satélite (FSS - Fixed Satellite Service) na faixa de 7 GHz. Estudos recentes, realizados no âmbito do Setor de Radicomunicações da União Internacional de Telecomunicações (ITU-R), consideraram modelos matemáticos determinísticos conservadores. Este trabalho desenvolve uma análise probabilística dessa interferência agregada, baseada em um modelo matemático no qual as densidades de fluxo de potência produzidas pelos satélites na superfície da Terra e os ganhos nos lóbulos laterais da antena receptora do FS são caracterizados como variáveis aleatórias. O modelo matemático proposto foi aplicado a alguns cenários específicos e os resultados obtidos foram comparados àqueles resultantes do cálculo determinístico. / [en] The sharing of frequencies between satellite communication systems and terrestrial systems have been studied since the appearance of the first commercial satellite comunicacacoes. This dissertation analyzes the protection of Fixed Service (FS) receivers from the aggregate interference produced by the transmissions of multiple Fixed Satellite Service (FSS) geostationary satellites in the 7 GHz band. Recent studies within the Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) have considered conservative deterministic mathematical models. This work develops a probabilistic analysis of this aggregate interference, based on a mathematical model in which the power flux density produced by the the satellites on the Earth surface and the FS receiving antenna side-lobe gains are characterized as random variables. The proposed mathematical model was applied to some specific scenarios and the obtained results were compared to those resulted from the deterministic calculation.

[pt] Num ambiente onde diversos sistemas de comunicação compartilham uma determinada faixa de frequências, cada um dos sistemas envolvidos opera sujeito às interferências geradas pelos demais sistemas. Neste ambiente, cresce a importância de uma avaliação precisa dos efeitos de interferência. Dada a complexidade do problema, o cálculo de interferências é usualmente feito considerando-se diversas situações de pior caso e hipóteses simplificadoras. Estas situações incluem, por exemplo, a hipótese de que a degradação devida a chuvas está presente apenas no enlace vítima, não afetando os enlaces interferentes, a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis (em termos de interferência) de suas área de serviço e a consideração de um diagrama de referência para os diagramas de radiação das antenas. Estas hipóteses implicam num cálculo de interferências conservador, no qual os níveis de interferência obtidos são maiores do que os níveis reais. No presente trabalho, como alternativa à consideração de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço, as posições geográficas das estações terrenas são modeladas probabilisticamente, sendo caracterizadas por vetores aleatórios. Neste caso, a razão portadora interferência resultante é também uma variável aleatória cujo comportamento estatístico é avaliado no trabalho. Resultados numéricos são obtidos para situações envolvendo sistemas multifeixes de comunicações por satélite operando na Banda Ka. Estes resultados são comparados àqueles obtidos sob a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço. Finalmente, o efeito conjunto da modelagem probabilística tanto das posições geográficas das estações terrenas quanto dos ganhos nos lóbulos laterais de suas antenas, foi avaliado. / [en] When multiple communication systems share a particular frequency band, each system operates subject to interference generated by the others. In this environment, an accurate assessment of the effects of interference is very important. Given the complexity of the problem, interference calculations is usually done considering a number of worst case conditions and simplifying assumptions. They include, for example, the hypothesis that the degradation due to rain is only present in the victim link and do not affect any of the interfering links, the hypothesis that earth stations involved are located at the most unfavorable sites (in terms of interference) within their service areas, and the use of a reference diagram for radiation antenna patterns. These hypotheses imply a conservative calculation of interference in which obtained interference levels are higher than their actual levels. In this work, as an alternative to the assumption that the earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas, a probabilistic model is used. In the proposed model the geographic locations of the ground stations are characterized by random vectors. As a consequence, the resulting carrier interference ratio is also a random variable and its statistical behavior is also evaluated in this work. Numerical results are obtained for particular situations involving multiple multi-beam satellite communication networks operating in the Ka band. The results are compared to those obtained under the assumption that the Earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas. Finally, the joint effect of modeling both, the ground station locations and their antena sidelobe gains, as random quantities was evaluated.

[pt] A ocorrência de dois acidentes de proporções inaceitáveis no Brasil, num período de 4 anos, resultou em problemas de confiança nos projetos e na operação de barragens de rejeitos, em especial as construídas pelo método de montante. Esse trabalho tem o objetivo de auxiliar no entendimento dos riscos de barragens de rejeitos, propondo uma metodologia para estimativa desses riscos e indicação de valores para limites de aceitabilidade e tolerabilidade. A metodologia proposta foi aplicada em duas barragens que romperam recentemente, Barragem de Fundão (Mariana/MG) e Barragem de Feijão (Brumadinho/MG), e uma barragem existente, a Barragem do Germano. A aplicação do método probabilístico FOSM em conjunto com a análise de equilíbrio limite por Spencer foi sugerida para estimar a probabilidade de ruptura por liquefação. Adicionalmente, a probabilidade de ocorrência dos gatilhos foi estimada de acordo com as características e operação da barragem. Nos casos estudados nesse trabalho, as probabilidades de ruptura determinadas pela metodologia desenvolvida são iguais a 36 por cento no caso de Fundão, 47 por cento no caso de Feijão e 3 por cento no caso de Germano. Os resultados mostraram que o risco associado às barragens que romperam era incompatível com qualquer obra de engenharia e muito acima dos limites normativos considerando as consequências da ruptura. / [en] Two accidents in tailings dams occurred in the last few years in Brazil and they resulted in the lack of trust in their design and performance. The aim of this work is to provide a better understanding of the risks on existing tailings dams, presenting a methodology for risk estimate and recommendation of values for acceptability and tolerability limits. The combination of the Spencer’s limit equilibrium method and the first-order second-moment (FOSM) probabilistic method (Christian et al., 1992) were chosen to be applied in the Fundão Dam (collapsed in 2015 in Mariana/MG), Feijão Dam (collapsed in 2019 in Brumadinho/MG), and Germano Dam. There is also a methodology suggested for trigger probability evaluation according to the dam s characteristics and operation. The probabilities of rupture through liquefaction during the time of the accidents are 36 per cent in case of Fundão Dam, 47 per cent in case of Feijão Dam and 3 per cent in case of Germano Dam. The results shows that the risk associated with the collapsed structures was much higher than the tolerable level of the standards.