This work aims to evaluate the reliability levels associated to a probabilistic approach of mechanical strength models of casing tubes on oil and gas wells. A comparative study between different reliability evaluation methods commonly applied is also carried out. On the oil and gas well design, casing tubes must bear the mechanical loadings in the subsurface, such as the ones from formations, from drilling and completion fluids, from production fluid over the well lifetime, from the self-weight of casing column and from weight of other components. Reliability-based analysis applied to a structural design allows the assessment of the probability of violation for a given limit state of the structure, so that it can be predicted with adequate value since the design stage. This kind of analysis is useful to obtain adequate safety levels in design and to discuss the quality control level in the manufacturer production process. In this work, the failure probability is evaluated by the following reliability methods: failure domain numericintegration,MonteCarlosimulationandthetransformationmethods:FirstOrder eliabilityMethod(FORM)andSecondOrderReliabilityMethod(SORM).Thelimitstatesv rified are established by using casing strength models found in the literature, based on mechanics of materials theory and rupture test data.Statistical data are based on technical reports from casing manufacturers found in open-access literature. The achieved results contributes to well casing structural assessment taking into account the influence of design uncertainties, motivating the adoption of reliability-based analysis in decision-making process on OCTG design. / FUNDEPES - Fundação Universitária de Desenvolvimento de Extensão e Pesquisa / Estetrabalho visa avaliar os níveis de confiabilidade associados a uma abordagem probabilística das resistências mecânicas de tubos de revestimento em poços de petróleo. Além disso, durante as análises realizadas, objetiva-se comparar os diferentes métodos de confiabilidade comumente encontrados na literatura com a finalidade de identificar o método mais vantajoso para a aplicação proposta. Em projetos de poços de petróleo e gás natural, os revestimentos exercem o papel de resistir mecanicamente aos esforços existentes na subsuperfície, como as solicitações impostas pela formação, pelo fluido de perfuração, pelos fluidos produzidos ao longo da vida útil do poço e pelos pesos da própria coluna de revestimento e de outros equipamentos. Já a análise de confiabilidade, aplicada a um projeto estrutural, permite a avaliação da probabilidade de violação de um determinado estado limite da estrutura, de forma que esta pode ser prevista, com valor adequado, ainda na fase de projeto.Esse tipo de análise é útil não obtenção da margem de segurança adequada do projeto e na discussão do nível de controle no processo de produção de elementos estruturais. Neste trabalho, o cálculo da probabilidade de falha é realizado através dos seguintes métodos: integração numérica sobre o domínio de falha, simulação de Monte Carlo e dos métodos de transformação: First Order Reliability Method (FORM) e Second Order Reliability Method (SORM). Os estados limites dos tubos são estimados por modelos de resistência encontrados na literatura, baseados em teorias da mecânica dos materiais e em dados de ensaios de ruptura. Os dados estatísticos utilizados são baseados em relatórios técnicos de produção disponíveis na literatura sob domínio público. Os resultados obtidos contribuem para a avaliação estrutural de revestimentos de poços de petróleo sob a influência de incertezas de projeto, motivando a incorporação da análise de confiabilidade no processo de tomada de decisão do projetista.

<p align="justify">In a context of restoration of historical masonry structures, it is crucial to properly estimate the residual strength and the potential structural failure modes in order to assess the safety of buildings. Due to its mesostructure and the quasi-brittle nature of its constituents, masonry presents preferential damage orientations, strongly localised failure modes and damage-induced anisotropy, which are complex to incorporate in structural computations. Furthermore, masonry structures are generally subjected to complex loading processes including both in-plane and out-of-plane loads which considerably influence the potential failure mechanisms. As a consequence, both the membrane and the flexural behaviours of masonry walls have to be taken into account for a proper estimation of the structural stability.</p><p><p align="justify">Macrosopic models used in structural computations are based on phenomenological laws including a set of parameters which characterises the average behaviour of the material. These parameters need to be identified through experimental tests, which can become costly due to the complexity of the behaviour particularly when cracks appear. The existing macroscopic models are consequently restricted to particular assumptions. Other models based on a detailed mesoscopic description are used to estimate the strength of masonry and its behaviour with failure. This is motivated by the fact that the behaviour of each constituent is a priori easier to identify than the global structural response. These mesoscopic models can however rapidly become unaffordable in terms of computational cost for the case of large-scale three-dimensional structures.</p><p><p align="justify">In order to keep the accuracy of the mesoscopic modelling with a more affordable computational effort for large-scale structures, a multi-scale framework using computational homogenisation is developed to extract the macroscopic constitutive material response from computations performed on a sample of the mesostructure, thereby allowing to bridge the gap between macroscopic and mesoscopic representations. Coarse graining methodologies for the failure of quasi-brittle heterogeneous materials have started to emerge for in-plane problems but remain largely unexplored for shell descriptions. The purpose of this study is to propose a new periodic homogenisation-based multi-scale approach for quasi-brittle thin shell failure.</p><p><p align="justify">For the numerical treatment of damage localisation at the structural scale, an embedded strong discontinuity approach is used to represent the collective behaviour of fine-scale cracks using average cohesive zones including mixed cracking modes and presenting evolving orientation related to fine-scale damage evolutions.</p><p><p align="justify">A first originality of this research work is the definition and analysis of a criterion based on the homogenisation of a fine-scale modelling to detect localisation in a shell description and determine its evolving orientation. Secondly, an enhanced continuous-discontinuous scale transition incorporating strong embedded discontinuities driven by the damaging mesostructure is proposed for the case of in-plane loaded structures. Finally, this continuous-discontinuous homogenisation scheme is extended to a shell description in order to model the localised behaviour of out-of-plane loaded structures. These multi-scale approaches for failure are applied on typical masonry wall tests and verified against three-dimensional full fine-scale computations in which all the bricks and the joints are discretised.</p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

O presente trabalho tem por objetivo aplicar a análise de confiabilidade estrutural a um edifício alto submetido à ação do vento considerando o conforto humano na avaliação dos modos de falha. Para isso, foram consideradas como variáveis aleatórias: a velocidade máxima do vento no topo do edifício cuja distribuição de probabilidade é a distribuição de Gumbel para máximos e o módulo de elasticidade do concreto com modelo de probabilidade normal. Realizou-se a análise para dois modos de falha: o deslocamento excessivo no topo do edifício, com base na NBR 15575-2/2013, e a aceleração máxima para verificação do conforto humano de acordo com a NBR 6123/2013. Posteriormente, foi realizada uma análise conjunta dos modos de falha aplicados em série. O método utilizado foi o FORM – First Order Reliability Method com algoritmo HLRF, implementado em ambiente Matlab, para o edifício teórico CAARC. Verificou-se grandes discrepâncias entre a probabilidade de falha para os dois modos considerados. Para a aceleração máxima, encontrou-se valores práticos de ponto de projeto e probabilidade de falha. No entanto, o deslocamento horizontal de 3 centímetros resultou em uma probabilidade de falha extremamente alta para valores de velocidade de vento baixos, concluindo-se que, para o edifício alto do problema, o limite normativo tende a ser facilmente extrapolado. À vista disso, o parâmetro de deslocamento horizontal baseado na altura total do edifício também foi estudado. Tal análise resultou em uma probabilidade de falha maior que a da aceleração, no entanto, apresentando valores de ponto de projeto consistentes. / The present work aims to apply structural reliability analysis to a tall building subjected to wind load considering human comfort in the evaluation of failure modes. For this purpose, the following random variables were considered: the maximum wind speed at the top of the building whose probability distribution is the Gumbel distribution for maximum and the modulus of elasticity of concrete with normal distribution. The analysis was conducted for two failure modes: excessive displacement on the top of the building, which is based on NBR 15575/2013, and the maximum acceleration for verification of the human comfort according to NBR 6123/2013. A joint analysis of failure modes applied in series was performed. The method used was the FORM - First Order Reliability Method with HLRF algorithm, implemented in Matlab environment, for the theoretical building CAARC. Large discrepancies between the failure probabilities of the two modes considered were found. For maximum acceleration, the design point value and the failure probability found were practical results. However, the horizontal displacement of 3 centimeters resulted in an extremely high probability of failure for low wind speed values, concluding that, for the tall building of the problem, the code limit tends to be easily extrapolated. Hence, the horizontal displacement parameter based on the total height of the building was also studied. Such analysis resulted in a failure probability greater than the acceleration one, however, presenting consistent design point values.

O presente trabalho tem por objetivo aplicar a análise de confiabilidade estrutural a um edifício alto submetido à ação do vento considerando o conforto humano na avaliação dos modos de falha. Para isso, foram consideradas como variáveis aleatórias: a velocidade máxima do vento no topo do edifício cuja distribuição de probabilidade é a distribuição de Gumbel para máximos e o módulo de elasticidade do concreto com modelo de probabilidade normal. Realizou-se a análise para dois modos de falha: o deslocamento excessivo no topo do edifício, com base na NBR 15575-2/2013, e a aceleração máxima para verificação do conforto humano de acordo com a NBR 6123/2013. Posteriormente, foi realizada uma análise conjunta dos modos de falha aplicados em série. O método utilizado foi o FORM – First Order Reliability Method com algoritmo HLRF, implementado em ambiente Matlab, para o edifício teórico CAARC. Verificou-se grandes discrepâncias entre a probabilidade de falha para os dois modos considerados. Para a aceleração máxima, encontrou-se valores práticos de ponto de projeto e probabilidade de falha. No entanto, o deslocamento horizontal de 3 centímetros resultou em uma probabilidade de falha extremamente alta para valores de velocidade de vento baixos, concluindo-se que, para o edifício alto do problema, o limite normativo tende a ser facilmente extrapolado. À vista disso, o parâmetro de deslocamento horizontal baseado na altura total do edifício também foi estudado. Tal análise resultou em uma probabilidade de falha maior que a da aceleração, no entanto, apresentando valores de ponto de projeto consistentes. / The present work aims to apply structural reliability analysis to a tall building subjected to wind load considering human comfort in the evaluation of failure modes. For this purpose, the following random variables were considered: the maximum wind speed at the top of the building whose probability distribution is the Gumbel distribution for maximum and the modulus of elasticity of concrete with normal distribution. The analysis was conducted for two failure modes: excessive displacement on the top of the building, which is based on NBR 15575/2013, and the maximum acceleration for verification of the human comfort according to NBR 6123/2013. A joint analysis of failure modes applied in series was performed. The method used was the FORM - First Order Reliability Method with HLRF algorithm, implemented in Matlab environment, for the theoretical building CAARC. Large discrepancies between the failure probabilities of the two modes considered were found. For maximum acceleration, the design point value and the failure probability found were practical results. However, the horizontal displacement of 3 centimeters resulted in an extremely high probability of failure for low wind speed values, concluding that, for the tall building of the problem, the code limit tends to be easily extrapolated. Hence, the horizontal displacement parameter based on the total height of the building was also studied. Such analysis resulted in a failure probability greater than the acceleration one, however, presenting consistent design point values.