Este trabalho de pesquisa visa apresentar um processo de avaliação probabilística de integridade mecânica de elementos estruturais, e ilustra sua aplicação em situações de otimização dimensional de tais elementos. O processo apresentado é baseado na análise de confiabilidade por métodos analíticos, utilizando o diagrama de avaliação de falha (FAD) como critério de falha. A escolha da curva FAD como critério de falha visa padronizar a análise de confiabilidade estrutural, permitindo a sua aplicação tanto em simulações numéricas quanto em mapas utilizados para rápidas tomadas de decisão. Os métodos de análise e o processo apresentado são aplicados em casos de estudo para mostrar a influência da percepção probabilística nas tomadas de decisão de projeto e a importância da análise de risco no dimensionamento de sistemas estruturais. / This work intends to present a process for probabilistic assessment of mechanical integrity of structural elements, and illustrates its application in situations of dimensional optimization of such elements. The presented process is based on the reliability analysis by analytical methods, using the failure assessment diagram (FAD) as failure criteria. The choice of FAD curve as a failure criteria aims to standardize the structural reliability analysis, allowing its application both in numerical simulations and in chart maps used for fast decision making. The methods of analysis and the presented process are applied in case studies to show the influence of probabilistic perception on project decision making and the importance of risk analysis in the design of structural systems.

A engenharia é a ciência que transforma os conhecimentos das disciplinas básicas aplicadas a fatos reais. Nosso mundo está rodeado por essas realizações da engenharia, e é necessário que as pessoas se sintam confortáveis e seguras nas mesmas. Assim, a segurança se torna um fator importante que deve ser considerado em qualquer projeto. Na engenharia naval, um apropriado nível de segurança e, em consequência, um correto desenho estrutural é baseado, atualmente, em estudos determinísticos com o objetivo de obter estruturas capazes de suportar o pior cenário possível de solicitações durante um período de tempo determinado. A maior parte das solicitações na estrutura de um navio se deve à ação da natureza (ventos, ondas, correnteza e tempestades), ou, ainda, aos erros cometidos por humanos (explosões internas, explosões externas e colisões). Devido à aleatoriedade destes eventos, a confiabilidade estrutural de um navio deveria ser considerada como um problema estocástico sob condições ambientais bem caracterizadas. A metodologia probabilística, baseada em estatística e incertezas, oferece uma melhor perspectiva dos fenômenos reais que acontecem na estrutura dos navios. Esta pesquisa tem como objetivo apresentar resultados de confiabilidade estrutural em projetos e planejamento da manutenção para a chapa do fundo dos cascos dos navios, as quais são submetidas a esforços variáveis pela ação das ondas do mar e da corrosão. Foram estudados modelos estatísticos para a avaliação da estrutura da viga-navio e para o detalhe estrutural da chapa do fundo. Na avaliação da estrutura da viga-navio, o modelo desenvolvido consiste em determinar as probabilidades de ocorrência das solicitações na estrutura, considerando a deterioração por corrosão, com base numa investigação estatística da variação dos esforços em função das ondas e a deterioração em função de uma taxa de corrosão padrão recomendada pela DET NORSKE VERITAS (DNV). A abordagem para avaliação da confiabilidade dependente do tempo é desenvolvida com base nas curvas de resistências e solicitações (R-S) determinadas pela utilização do método de Monte Carlo. Uma variação estatística de longo prazo das adversidades é determinada pelo estudo estatístico de ondas em longo prazo e ajustada por uma distribuição com base numa vida de projeto conhecida. Constam no trabalho resultados da variação da confiabilidade ao longo do tempo de um navio petroleiro. O caso de estudo foi simplificado para facilitar a obtenção de dados, com o objetivo de corroborar a metodologia desenvolvida. / Engineering is the science that transforms the processes of the applied science to real facts. Our world is surrounded by these achievements and it is necessary that people feel comfortable with them. Thus, safety becomes an important factor that must be considered in any design. In the engineering of ships, a satisfactory level of security and consequently a correct structural design is currently based on deterministic approaches aiming to obtain structures able to withstand the loads worst-case scenario over a period of time. The main loads in the structure of a ship is due to the action of nature (wind, waves, currents and storms), or even mistakes made by humans (internal explosions, external explosions and collisions). Due to the randomness of these events, the structural reliability of a ship should be considered as a stochastic environmental problem under specific conditions. The probabilistic approach based on statistical uncertainties provides a better perspective of the real phenomena that occur in the structure of the ships. This research has the objective of presenting results of structural reliability in projects and maintenance planning for the bottom plate of the ship hull, which is subjected to varying efforts by the action of the shock waves of the sea and thickness reduction due to corrosion effects. Statistical evaluations were performed for the hull-girder structure and the structural detail of the bottom plate. In the evaluation of the hull-girder model, the objective of the developed method is to determine the probability of occurrence of loads that support the structure, considering the deterioration due to corrosion. The wave loads occurrence have been defined on measurements of wave heights from buoy at the Perus sea and deterioration of bottom plate due to corrosion rate defined by Det Norske Veritas (DNV) standard. The approach for assessing the time-dependent reliability is developed based on resistance and solicitations curves (R-S), determined using the Monte Carlo method. A statistical variation in long-term adversities is determined by statistical analysis of waves in long term and adjusted by a distribution based on life of known design. The study presents results of the variation of the reliability over time for an oil-tanker ship. The case of study was simplified to facilitate the acquisition of data for the purpose of corroborating the developed methodology.

This thesis presents an approach to evaluate and develop a live load model. Although the main purpose of this work is with the impact of truck traffic on bridges, the data presented in this work can be used in many engineering fields that are concerned with truck characteristics of geometry and weight. Data from two different WIM stations were considered. One in Fernão Dias highway in the State of São Paulo which is comprised of a same-direction two adjacent lanes and the sample is comprised of 20 months (September 2015 to August 2017). The second station is in Rio Grande do Sul State. This road is a same-direction three adjacent lanes. The sample is comprised of 78 days (March 2014 to June 2014) In order to evaluate and develop a new live load model, an approach to compute load effects in terms of bending moments and shear forces is proposed. It makes use of single and multiple truck presence to evaluate the live load effects for different bridge spans. Three cases of multiple presence are considered: following, side-by-side and staggered. The proposed approach to evaluate the multiple truck presence effects is compared with the approach used by AASHTO LRFD. The approach for estimating the bias factors shows that considering only full correlated trucks is too conservative, mostly for short spans where there is a lack of occurrences, especially following events. On the other hand, taking into account no correlation at all yields very low bias factors. At last, a more rational live load model was developed based on WIM data. Another purpose of this thesis is to use existing Brazilian bridges to calibrate the live load model as in NBR7188:2013. Reliability analysis is performed with sixty existing Brazilian bridges. The bridges are taken from different states of Brazil. Out of the sixty bridges, 39 are prestressed and 21 reinforced concrete bridges. Those bridges are located in five different states: Pernambuco, Ceará, Bahia, São Paulo, Minas Gerais. Probability of failure was estimated in terms of moment and shear for interior girders and box girders. Only ultimate state limit was considered. It was found that reliability indices are higher in prestressed bridges when compared to reinforced bridges. Also, the reliability indices tend to decrease as the span length increases. This means that for larger spans the probability of failure is higher than the ones for shorter spans. / Este trabalho apresenta uma abordagem para avaliação e desenvolvimento de modelo de carga móvel. Embora o principal objetivo desta tese seja averiguar o impacto de caminhões nas pontes, os dados apresentados aqui podem ser usados em qualquer aplicação de engenharia que dependa das características do tráfego de caminhão. Dados de duas estações WIM foram utilizados. Uma estação fica na Autoestrada Fernão Dias no Estado de São Paulo e possui 20 meses (Setembro de 2015 a Agosto de 2017) de dados coletados. A outra estação fica no estado do Rio Grande do Sul. Esta amostra tem 78 dias e foi coletada de Marco de 2014 a Junho de 2014. Com o objetivo de avaliar e desenvolver um novo modelo de carga móvel, uma abordagem para estimar o efeito de carga em termos de momento fletor e esforço cortante é proposta. Este método faz uso de estatísticas de caminhões em múltiplas presenças e isolados. Três casos de múltiplas presenças são considerados: \"Following\", \"Side-by-side\" e \"Staggered\". A abordagem proposta é comparada com o método usado pela AASHTO LRFD. A abordagem para estimar os \"bias factors\" mostra que considerar apenas caminhões totalmente correlacionados é muito conservador, principalmente para períodos curtos onde há uma falta de ocorrências, especialmente para eventos \"Following\". Por outro lado, não considerar a correlação de peso dos caminhões resulta em valores muito baixos de \"bias factors\". Por fim, um modelo de carga móvel mais racional foi desenvolvido com base nos dados WIM. Outro objetivo desta tese foi usar pontes brasileiras existentes para calibrar o modelo de carga móvel descrito na NBR7188:2013. Análises de confiabilidade foram realizadas em uma amostra de sessenta pontes brasileiras, sendo que destas 39 são protendidas e 21 armadas. Elas estão localizadas em cinco diferentes estados: Pernambuco, Ceará, Bahia, São Paulo e Minas Gerais. As probabilidades de falha foram estimadas em termos de momento fletor e cisalhamento para vigas internas e vigas caixão. Apenas o estado limite último foi considerado. Verificou-se que os índices de confiabilidade são maiores nas pontes protendidas quando comparadas às pontes armadas. Além disso, os índices de confiabilidade tendem a diminuir à medida que o comprimento do vão aumenta.

Este trabalho de pesquisa visa apresentar um processo de avaliação probabilística de integridade mecânica de elementos estruturais, e ilustra sua aplicação em situações de otimização dimensional de tais elementos. O processo apresentado é baseado na análise de confiabilidade por métodos analíticos, utilizando o diagrama de avaliação de falha (FAD) como critério de falha. A escolha da curva FAD como critério de falha visa padronizar a análise de confiabilidade estrutural, permitindo a sua aplicação tanto em simulações numéricas quanto em mapas utilizados para rápidas tomadas de decisão. Os métodos de análise e o processo apresentado são aplicados em casos de estudo para mostrar a influência da percepção probabilística nas tomadas de decisão de projeto e a importância da análise de risco no dimensionamento de sistemas estruturais. / This work intends to present a process for probabilistic assessment of mechanical integrity of structural elements, and illustrates its application in situations of dimensional optimization of such elements. The presented process is based on the reliability analysis by analytical methods, using the failure assessment diagram (FAD) as failure criteria. The choice of FAD curve as a failure criteria aims to standardize the structural reliability analysis, allowing its application both in numerical simulations and in chart maps used for fast decision making. The methods of analysis and the presented process are applied in case studies to show the influence of probabilistic perception on project decision making and the importance of risk analysis in the design of structural systems.

A engenharia é a ciência que transforma os conhecimentos das disciplinas básicas aplicadas a fatos reais. Nosso mundo está rodeado por essas realizações da engenharia, e é necessário que as pessoas se sintam confortáveis e seguras nas mesmas. Assim, a segurança se torna um fator importante que deve ser considerado em qualquer projeto. Na engenharia naval, um apropriado nível de segurança e, em consequência, um correto desenho estrutural é baseado, atualmente, em estudos determinísticos com o objetivo de obter estruturas capazes de suportar o pior cenário possível de solicitações durante um período de tempo determinado. A maior parte das solicitações na estrutura de um navio se deve à ação da natureza (ventos, ondas, correnteza e tempestades), ou, ainda, aos erros cometidos por humanos (explosões internas, explosões externas e colisões). Devido à aleatoriedade destes eventos, a confiabilidade estrutural de um navio deveria ser considerada como um problema estocástico sob condições ambientais bem caracterizadas. A metodologia probabilística, baseada em estatística e incertezas, oferece uma melhor perspectiva dos fenômenos reais que acontecem na estrutura dos navios. Esta pesquisa tem como objetivo apresentar resultados de confiabilidade estrutural em projetos e planejamento da manutenção para a chapa do fundo dos cascos dos navios, as quais são submetidas a esforços variáveis pela ação das ondas do mar e da corrosão. Foram estudados modelos estatísticos para a avaliação da estrutura da viga-navio e para o detalhe estrutural da chapa do fundo. Na avaliação da estrutura da viga-navio, o modelo desenvolvido consiste em determinar as probabilidades de ocorrência das solicitações na estrutura, considerando a deterioração por corrosão, com base numa investigação estatística da variação dos esforços em função das ondas e a deterioração em função de uma taxa de corrosão padrão recomendada pela DET NORSKE VERITAS (DNV). A abordagem para avaliação da confiabilidade dependente do tempo é desenvolvida com base nas curvas de resistências e solicitações (R-S) determinadas pela utilização do método de Monte Carlo. Uma variação estatística de longo prazo das adversidades é determinada pelo estudo estatístico de ondas em longo prazo e ajustada por uma distribuição com base numa vida de projeto conhecida. Constam no trabalho resultados da variação da confiabilidade ao longo do tempo de um navio petroleiro. O caso de estudo foi simplificado para facilitar a obtenção de dados, com o objetivo de corroborar a metodologia desenvolvida. / Engineering is the science that transforms the processes of the applied science to real facts. Our world is surrounded by these achievements and it is necessary that people feel comfortable with them. Thus, safety becomes an important factor that must be considered in any design. In the engineering of ships, a satisfactory level of security and consequently a correct structural design is currently based on deterministic approaches aiming to obtain structures able to withstand the loads worst-case scenario over a period of time. The main loads in the structure of a ship is due to the action of nature (wind, waves, currents and storms), or even mistakes made by humans (internal explosions, external explosions and collisions). Due to the randomness of these events, the structural reliability of a ship should be considered as a stochastic environmental problem under specific conditions. The probabilistic approach based on statistical uncertainties provides a better perspective of the real phenomena that occur in the structure of the ships. This research has the objective of presenting results of structural reliability in projects and maintenance planning for the bottom plate of the ship hull, which is subjected to varying efforts by the action of the shock waves of the sea and thickness reduction due to corrosion effects. Statistical evaluations were performed for the hull-girder structure and the structural detail of the bottom plate. In the evaluation of the hull-girder model, the objective of the developed method is to determine the probability of occurrence of loads that support the structure, considering the deterioration due to corrosion. The wave loads occurrence have been defined on measurements of wave heights from buoy at the Perus sea and deterioration of bottom plate due to corrosion rate defined by Det Norske Veritas (DNV) standard. The approach for assessing the time-dependent reliability is developed based on resistance and solicitations curves (R-S), determined using the Monte Carlo method. A statistical variation in long-term adversities is determined by statistical analysis of waves in long term and adjusted by a distribution based on life of known design. The study presents results of the variation of the reliability over time for an oil-tanker ship. The case of study was simplified to facilitate the acquisition of data for the purpose of corroborating the developed methodology.

Este trabalho apresenta um estudo do efeito de incertezas na otimização estrutural. Tal efeito pode ser quantificado em termos de probabilidades de falha bem como do risco, ou custo esperado de falha. O estudo se baseia na comparação dos resultados obtidos através de três distintas formulações do problema de otimização estrutural: otimização determinística, otimização baseada em confiabilidade e otimização de risco estrutural. Para efeitos de comparação, informações sobre risco de falha estrutural (produto da probabilidade de falha pelo custo de falha) são incorporadas nas três formulações. A otimização determinística (DDO - Deterministic Design Optimization) permite encontrar uma configuração estrutural que é ótima em termos mecânicos, mas não considera explicitamente a incerteza dos parâmetros e seus efeitos na segurança estrutural. Em conseqüência, a segurança da estrutura ótima pode ser comprometida, em comparação à segurança da estrutura original. A otimização baseada em confiabilidade (RBDO - Reliability-Based Design Optimization) garante que a estrutura ótima mantenha um nível mínimo (e mensurável) de segurança. Entretanto, os resultados são dependentes da probabilidade de falha usada como restrição na análise. A otimização de risco estrutural (RBRO - Reliability-Based Risk Optimization) aumenta o escopo do problema, buscando um balanço entre economia e segurança, objetivos estes que de uma forma geral competem entre si. Isto é possível através da quantificação de custos associados à construção, operação e manutenção da estrutura, bem como das consequências monetárias de falha. A experiência mostra que problemas de otimização estudados, são utilizados neste trabalho dois métodos de otimização heurísticos: algoritmos genéticos e método do enxame de partículas. Tendo a eficiência como objetivo, dois métodos com fundamentação matemática também são estudados: os métodos de Powell e de Polak-Ribiere. Finalmente, buscando uma relação de compromisso entre confiabilidade (capacidade de encontrar o mínimo global em todos os problemas) e eficiência, quatro algoritmos híbridos são construídos, combinando os quatro métodos citados anteriormente. Efeitos de incertezas na otimização estrutural são estudados através da comparação de soluções obtidas via diferentes formulações do problema de otimização. São apresentados alguns estudos de caso, enfatizando as diferenças entre os projetos ótimos obtidos por cada formulação. O estudo mostra que, em geral, a estrutura ótima só é encontrada pela formulação mais abrangente: a otimização de risco ou RBRO. O estudo mostra que, para que a formulação DDO encontre a mesma configuração ótima da formulação RBRO, é necessário especificar um coeficiente de segurança ótimo para cada modo de falha. De maneira semelhante, o estudo mostra que quando os custos associados a diferentes modos de falha são distintos, a formulação RBDO somente resulta na estrutura ótima quando uma probabilidade de falha ótima é especificada como restrição para cada modo falha da estrutura. / In this study the effects of uncertainty on optimum structural design are investigated, by comparing three distinct formulations of a structural optimization problem. Such effects can be quantified in terms of failure probabilities and risk, or expected costs of failure. Deterministic Design Optimization (DDO) allows one the find the shape or configuration of a structure that is optimum in terms of mechanics, but the formulation do not consider explicitly parameter uncertainty and its effects on structural safety. As a consequence, safety of the optimum structure can be compromised, in comparison to safety of the original structure. Reliability-based Design Optimization (RBDO) has emerged as an alternative to properly model the safety-under-uncertainty part of the problem. With RBDO, one can ensure that a minimum (and measurable) level of safety is achieved by the optimum structure. However, results are dependent on the failure probability used as constraint in the analysis. Risk optimization increases the scope of the problem, by addressing the compromising goals of economy and safety, and allowing one to find a proper point of balance between these goals. This is accomplished by quantifying the costs associated to construction, operation and maintenance of the structure, as well as the monetary consequences of failure. Experience shows that structural optimization problems can have multiple local minima. With the objective of finding the global minimum in all studied problems, two heuristic optimization methods are used in this study: genetic algorithms and particle swarm optimization. Aiming at efficiency, two methods with mathematical foundations are also considered: the methods of Powel and Polak-Ribiere. Finally, looking for a compromise between reliability (capacity to find the global minimum) and efficiency, four hybrid algorithms are constructed, combining the four methods just cited. The study investigates the effects of uncertainty on optimum structural design by comparing solutions obtained via the different formulations of the optimization problem. The paper presents some case studies, highlighting the differences in the optimum designs obtained with each formulation. The study leads to a better understanding of the limitations of each formulation in the solution of structural optimization problems. The investigation shows that, in general, the optimum structure can only be found by the most comprehensive formulation: risk optimization or RBRO. The study shows that DDO only leads to the optimum structure if an optimum safety coefficient is used as constraint for each individual failure mode. In a similar way, the investigation shows that when the costs associated to distinct failure modes are different, the RBDO formulation only leads to the optimum structural design if an optimum failure probability is specified as constraint for each failure mode of the structure.

Este trabalho apresenta um estudo do efeito de incertezas na otimização estrutural. Tal efeito pode ser quantificado em termos de probabilidades de falha bem como do risco, ou custo esperado de falha. O estudo se baseia na comparação dos resultados obtidos através de três distintas formulações do problema de otimização estrutural: otimização determinística, otimização baseada em confiabilidade e otimização de risco estrutural. Para efeitos de comparação, informações sobre risco de falha estrutural (produto da probabilidade de falha pelo custo de falha) são incorporadas nas três formulações. A otimização determinística (DDO - Deterministic Design Optimization) permite encontrar uma configuração estrutural que é ótima em termos mecânicos, mas não considera explicitamente a incerteza dos parâmetros e seus efeitos na segurança estrutural. Em conseqüência, a segurança da estrutura ótima pode ser comprometida, em comparação à segurança da estrutura original. A otimização baseada em confiabilidade (RBDO - Reliability-Based Design Optimization) garante que a estrutura ótima mantenha um nível mínimo (e mensurável) de segurança. Entretanto, os resultados são dependentes da probabilidade de falha usada como restrição na análise. A otimização de risco estrutural (RBRO - Reliability-Based Risk Optimization) aumenta o escopo do problema, buscando um balanço entre economia e segurança, objetivos estes que de uma forma geral competem entre si. Isto é possível através da quantificação de custos associados à construção, operação e manutenção da estrutura, bem como das consequências monetárias de falha. A experiência mostra que problemas de otimização estudados, são utilizados neste trabalho dois métodos de otimização heurísticos: algoritmos genéticos e método do enxame de partículas. Tendo a eficiência como objetivo, dois métodos com fundamentação matemática também são estudados: os métodos de Powell e de Polak-Ribiere. Finalmente, buscando uma relação de compromisso entre confiabilidade (capacidade de encontrar o mínimo global em todos os problemas) e eficiência, quatro algoritmos híbridos são construídos, combinando os quatro métodos citados anteriormente. Efeitos de incertezas na otimização estrutural são estudados através da comparação de soluções obtidas via diferentes formulações do problema de otimização. São apresentados alguns estudos de caso, enfatizando as diferenças entre os projetos ótimos obtidos por cada formulação. O estudo mostra que, em geral, a estrutura ótima só é encontrada pela formulação mais abrangente: a otimização de risco ou RBRO. O estudo mostra que, para que a formulação DDO encontre a mesma configuração ótima da formulação RBRO, é necessário especificar um coeficiente de segurança ótimo para cada modo de falha. De maneira semelhante, o estudo mostra que quando os custos associados a diferentes modos de falha são distintos, a formulação RBDO somente resulta na estrutura ótima quando uma probabilidade de falha ótima é especificada como restrição para cada modo falha da estrutura. / In this study the effects of uncertainty on optimum structural design are investigated, by comparing three distinct formulations of a structural optimization problem. Such effects can be quantified in terms of failure probabilities and risk, or expected costs of failure. Deterministic Design Optimization (DDO) allows one the find the shape or configuration of a structure that is optimum in terms of mechanics, but the formulation do not consider explicitly parameter uncertainty and its effects on structural safety. As a consequence, safety of the optimum structure can be compromised, in comparison to safety of the original structure. Reliability-based Design Optimization (RBDO) has emerged as an alternative to properly model the safety-under-uncertainty part of the problem. With RBDO, one can ensure that a minimum (and measurable) level of safety is achieved by the optimum structure. However, results are dependent on the failure probability used as constraint in the analysis. Risk optimization increases the scope of the problem, by addressing the compromising goals of economy and safety, and allowing one to find a proper point of balance between these goals. This is accomplished by quantifying the costs associated to construction, operation and maintenance of the structure, as well as the monetary consequences of failure. Experience shows that structural optimization problems can have multiple local minima. With the objective of finding the global minimum in all studied problems, two heuristic optimization methods are used in this study: genetic algorithms and particle swarm optimization. Aiming at efficiency, two methods with mathematical foundations are also considered: the methods of Powel and Polak-Ribiere. Finally, looking for a compromise between reliability (capacity to find the global minimum) and efficiency, four hybrid algorithms are constructed, combining the four methods just cited. The study investigates the effects of uncertainty on optimum structural design by comparing solutions obtained via the different formulations of the optimization problem. The paper presents some case studies, highlighting the differences in the optimum designs obtained with each formulation. The study leads to a better understanding of the limitations of each formulation in the solution of structural optimization problems. The investigation shows that, in general, the optimum structure can only be found by the most comprehensive formulation: risk optimization or RBRO. The study shows that DDO only leads to the optimum structure if an optimum safety coefficient is used as constraint for each individual failure mode. In a similar way, the investigation shows that when the costs associated to distinct failure modes are different, the RBDO formulation only leads to the optimum structural design if an optimum failure probability is specified as constraint for each failure mode of the structure.

O presente trabalho propõe um modelo para avaliar a confiabilidade estrutural do cabo umbilical, levando em consideração os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica. Esta análise é focada na avaliação estrutural das armaduras metálicas, dado que estes elementos suportam quase toda a carga à tração e limitam as deformações axiais da estrutura sem prejudicar significativamente a flexibilidade; desconsidera-se, portanto, o efeito estrutural do núcleo electro-óptico e das camadas polimérica interna e externa. Para esta finalidade são consideradas as tensões originadas pelos carregamentos das ondas do mar atuantes no cabo umbilical durante sua vida em serviço (plataforma semi-submersível GVA 4500 que opera na Bacia de Campos numa lâmina d água de 1000 m), assim como a geometria e as propriedades mecânicas das armaduras de tração utilizadas nos umbilicais dessas plataformas. Através da formulação de um modelo do cabo umbilical feito pelo Método dos Elementos Finitos determinou-se o histórico de tensões atuantes na estrutura, foram estimadas as funções de densidade de probabilidade da tensão estática e da tensão alternada corrigida para curto e longo prazo, as quais caracterizam o carregamento atuante provocado pelas ondas do mar. A caracterização do material é alcançada através de análise química e ensaios de tração. Finalmente, a metodologia proposta, que considera os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica é implementada na prática. / A model to evaluate the structural reliability of the umbilical cable, taking into accounts the failure mechanism for yield strength and mechanical fatigue is proposed in this work. This analysis is focused on the structural evaluation of the metallic armors, given that these elements almost support the whole tensile load and they limit the axial deformations of the structure without harming the flexibility significantly, therefore, the structural effect of the electro-optical nucleus and the internal and external polymeric layers are not considered. For this purpose, the tensions originated by the loading of the waves of the active sea in the umbilical during its service life are considered (semi-submergible platform GVA 4500 that operates in Bacia de Campos into 1000 meters water depth), as well as the geometry and the mechanical properties of the tensile armors used in the umbilical of this platform. Through the formulation of a model for the umbilical cable, developed by the Finite Elements Method, the sequence of active tensions in the structure was determined and then the functions of density of probability of the static tension and of the alternate tension corrected for short and long period were estimated, which characterize the active loading caused by the waves of the sea. The characterization of the material is achieved through chemical analysis and tensile test. Finally, the proposed methodology, which considers the failure mechanisms by yields and mechanical fatigue is implemented in practice.

O trabalho propõe avaliação das respostas de esforços e deslocamentos de edifícios 3D considerando a interação solo-fundação-estrutura usando o conceito de Confiabilidade Estrutural. Para isso, empregam-se os Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para a análise de estruturas e os métodos de Monte Carlo Simples (MCS) e First Order Second Moment (FOSM) para calcular sua segurança perante a inserção de variabilidade em certos parâmetros significativos no projeto, como as incertezas dos dados de rigidez do solo e a velocidade de vento. A formulação do edifício é baseada no MEF com elementos de barra e de casca, sendo as vigas, pilares e estacas elementos de barra e as sapatas em elementos de casca. Essa formulação é elastostática, mas permitindo a analise não-linear geométrica para os pilares. O solo é representado pelo modelo discreto de Winkler, o qual substitui sua influência contínua por molas pontuais com rigidezes equivalentes, tanto para a fundação rasa (sapatas isoladas) como para profunda (estacas). Com os resultados obtidos pelos modelos gerados, são feitas discussões e comparações com os métodos tradicionais de avaliação do fenômeno de recalque diferencial confrontando limites de índices de confiabilidade apresentados no Joint Committee on Structural Safety (JCSS, 2001) e os valores absolutos propostos pela literatura com base na Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT, NBR6122: Projeto e execução de fundações (2010). Realiza-se também a análise de Estado Limite Último de pilares submetidos a flexo-compressão oblíqua com não linearidade física, de modo a avaliar o dimensionamento com fatores de segurança parciais da NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento (2004) e Métodos de Confiabilidade Estrutural. / This work proposes the evaluation for the effects of forces and displacements about 3D buildings considering the soil-foundation-structure interaction using the concept of Structural Reliability. To do so, it is applied the Finite Elements Method (FEM) for the structural analysis and Simple Monte Carlo Method (SMC) and the First Order Second Moment (FOSM) to calculate its safety towards the application of variability at certain significant parameters of the project, as the uncertainness about the data of soil stiffness and wind speed. The building\'s formulation is based on the FEM with framed bars and shell elements, being beams, columns and piles as beam elements and the footings as shell elements. That formulation is elastostatic, although permits a non-linear geometric analysis for the columns. The soil is represented by the discrete Winkler\'s model, in which substitutes its continuum influence by nodal springs with equivalent stiffness, such as for shallow foundations (isolated footings), as for deep foundations (piles). With the results obtained by the generated models, discussions are done and comparisons about traditional method to evaluate the phenomenon of the differential settlement confronting the limits of the reliability presents in the Joint Committee on Structural Safety (JCSS,2001) and the absolute values proposed by the literature based on the Brazilian Association of Technical Standards, ABNT, NBR6122: Project and execution of foundations (2010). An analysis about the Ultimate Limit State of columns submitted by flexo-compression with physical non-linearity it is also performed, so that to compare the design with partial safety factors of the NBR 8681: Action and safety on structures - Proceedings (2004) and structural reliability methods.

O presente trabalho propõe um modelo para avaliar a confiabilidade estrutural do cabo umbilical, levando em consideração os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica. Esta análise é focada na avaliação estrutural das armaduras metálicas, dado que estes elementos suportam quase toda a carga à tração e limitam as deformações axiais da estrutura sem prejudicar significativamente a flexibilidade; desconsidera-se, portanto, o efeito estrutural do núcleo electro-óptico e das camadas polimérica interna e externa. Para esta finalidade são consideradas as tensões originadas pelos carregamentos das ondas do mar atuantes no cabo umbilical durante sua vida em serviço (plataforma semi-submersível GVA 4500 que opera na Bacia de Campos numa lâmina d água de 1000 m), assim como a geometria e as propriedades mecânicas das armaduras de tração utilizadas nos umbilicais dessas plataformas. Através da formulação de um modelo do cabo umbilical feito pelo Método dos Elementos Finitos determinou-se o histórico de tensões atuantes na estrutura, foram estimadas as funções de densidade de probabilidade da tensão estática e da tensão alternada corrigida para curto e longo prazo, as quais caracterizam o carregamento atuante provocado pelas ondas do mar. A caracterização do material é alcançada através de análise química e ensaios de tração. Finalmente, a metodologia proposta, que considera os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica é implementada na prática. / A model to evaluate the structural reliability of the umbilical cable, taking into accounts the failure mechanism for yield strength and mechanical fatigue is proposed in this work. This analysis is focused on the structural evaluation of the metallic armors, given that these elements almost support the whole tensile load and they limit the axial deformations of the structure without harming the flexibility significantly, therefore, the structural effect of the electro-optical nucleus and the internal and external polymeric layers are not considered. For this purpose, the tensions originated by the loading of the waves of the active sea in the umbilical during its service life are considered (semi-submergible platform GVA 4500 that operates in Bacia de Campos into 1000 meters water depth), as well as the geometry and the mechanical properties of the tensile armors used in the umbilical of this platform. Through the formulation of a model for the umbilical cable, developed by the Finite Elements Method, the sequence of active tensions in the structure was determined and then the functions of density of probability of the static tension and of the alternate tension corrected for short and long period were estimated, which characterize the active loading caused by the waves of the sea. The characterization of the material is achieved through chemical analysis and tensile test. Finally, the proposed methodology, which considers the failure mechanisms by yields and mechanical fatigue is implemented in practice.