Em um ambiente competitivo, sistemas estruturais devem ser projetados levando-se em conta, além da funcionalidade, o custo total de construção e operação da estrutura, bem como a sua capacidade de geração de lucro. Os custos estão diretamente ligados ao risco que a construção e operação da estrutura oferecem. O risco deve ser entendido como o produto de um custo esperado de falha pela probabilidade de que essa falha aconteça. A segurança da estrutura está diretamente relacionada com os coeficientes de segurança adotados em projeto. Verifica-se, portanto, que a minimização do custo total de um sistema estrutural passa, necessariamente, por uma otimização do nível de segurança para o qual o sistema é projetado. Diante desses fatos, neste trabalho realiza-se a busca do coeficiente de segurança parcial ótimo que minimiza o custo esperado total de sistemas estruturais: a chamada otimização de risco baseada em confiabilidade. Para tanto, foi desenvolvido um programa computacional em Fortran que encontra o coeficiente de segurança ótimo. Tal programa está acoplado a um programa de análise de confiabilidade estrutural desenvolvido na EESC/USP e a um programa comercial de elementos finitos. O trabalho inclui alguns estudos de caso, entre eles o de uma torre de telefonia sujeita a cargas de vento e de tornado. Esses estudos mostram que quando parcelas não estruturais dominam o custo, um projeto super-dimensionado não representa grande perda econômica, enquanto um projeto sub-dimensionado pode causar enormes prejuízos. O trabalho aponta que a confiabilidade ótima é altamente dependente das conseqüências e custos de falha. Mostra também que casualidades que possuem grande incerteza e grandes conseqüências de falha tendem a dominar o projeto. O estudo indica que, em situações de projeto diferentes (e.g., carregamentos diferentes), é razoável trabalhar-se com níveis de confiabilidade distintos. Além disso, mostra que a falta de percepção do risco pelas partes envolvidas em um projeto pode levar a contratos inadequados. Finalmente, o estudo revela que para uma estrutura submetida a carregamentos que variam com o tempo, como tornados, o custo e a confiabilidade ótimos são altamente dependentes da vida útil adotada para o projeto. / In a competitive environment, structural systems must be designed considering not only their function, but also their total costs of construction and operation and their ability to generate profit. The costs are directly linked to the risk resulting from construction and operation of the structure. Risk is defined as the product of failure cost by failure probability. The safety of the structure is directly related to safety coefficients adopted in design. Hence, the minimization of the total cost of a structural system necessarily involves an optimization of the safety level for which the system is designed. Based on these facts, the present study investigates the partial safety factor which minimizes the total expected cost of specific structural systems. This is referred to as reliability-based risk optimization. A Fortran computer code is developed to find the optimum safety factor. This code works together with a structural reliability analysis program developed at EESC/USP and with a commercial finite element program. Some case studies are presented, including the design of a steel frame communications tower, subjected to extreme storm and tornado wind loads. These studies show that when non-structural terms dominate the cost function, it is not too costly to over-design, but an under-designed project can cause huge money losses. The study shows that optimum reliability is strongly dependant on limit state exceedance consequences. It also shows that events with high uncertainty and high failure consequences generally dominate the design, and that for different design situations (e.g., multiple hazards) it is reasonable to work with different reliability levels. Moreover, it shows that when risk is not properly understood, it is also not properly dealt with by the parties involved, leading to inadequate contracts. Finally, the study shows that for structures under time-varying loads, such as tornados, the optimum reliability is strongly dependent on the selected design life.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-14052008-094800 |
| Date | 28 March 2008 |
| Creators | Verzenhassi, Camila Cardozo |
| Contributors | Beck, André Teófilo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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