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Title: Análise de confiabilidade geotécnica de estruturas de contenção em balanço executadas em areia
Other Titles: Geotechnical reliability analysis of cantilever pile walls in sand
Authors: Florêncio, Luiz Augusto da Silva
Keywords: Modelagem numérica;Python;Solo arenoso;ELU;ELS
Issue Date: 26-Feb-2018
Citation: FLORÊNCIO, Luiz Augusto da Silva. Análise de confiabilidade geotécnica de estruturas de contenção em balanço executadas em areia. 2018. 150f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Estruturas geotécnicas estão sujeitas a incertezas decorrentes da variabilidade natural do solo e do conhecimento limitado dos diversos eventos envolvidos. Nesse sentido, a avaliação de incertezas em projetos geotécnicos pode ser feita mediante aplicação da teoria da confiabilidade. Entretanto, apesar da adoção de analises probabilísticas em normas internacionais e pesquisas científicas, pode-se dizer que, no Brasil, sua aplicação ainda é escassa, especialmente, em estruturas de contenção. Desse modo, nesse trabalho apresenta-se um estudo sobre confiabilidade geotécnica de contenções de estacas em balanço executadas em areia. Rotinas de cálculo computacional para análise de confiabilidade foram inicialmente desenvolvidas utilizando-se a linguagem Python. O primeiro grupo de rotinas foi desenvolvido para Estado Limite Último (ELU) através do método FORM (First Order Reliability Method) e da simulação de Monte Carlo. O segundo grupo de rotinas refere-se à análise de confiabilidade para Estado Limite de Serviço (ELS) mediante simulação de Monte Carlo. Uma contenção com características tipicamente executadas na cidade de Natal-RN foi analisada utilizando-se as rotinas desenvolvidas e para a realização de um estudo paramétrico. Para o ELS utilizou-se ainda o software de elementos finitos Plaxis 2D para obter os deslocamentos horizontais da contenção. A contenção analisada apresentou alta confiabilidade para o ELU com probabilidade de falha nula para os dois métodos probabilísticos e alto índice de confiabilidade tanto para o FORM quanto na simulação de Monte Carlo. Para o ELS, o aumento dos deslocamentos horizontais máximos permitidos diminuiu a probabilidade de falha e aumentou o índice de confiabilidade da contenção, em ambos os casos, com tendência linear. As análises de sensibilidade revelaram que o ângulo de atrito do solo foi a variável mais influente no ELU e ELS na grande maioria dos casos. O peso específico seco, por sua vez, teve baixa influência em todas as análises. Os métodos de sensibilidade aplicados juntos com o Plaxis 2D tiveram resultados satisfatórios para as avaliações da função de estado limite realizadas. Em relação à análise paramétrica, o superdimensionamento da ficha da contenção executada diminuiu a influência da variabilidade das propriedades do solo nos resultados. O efeito da variação das características do solo nos resultados só foi expressivo adotando-se valores de ficha menores que o executado. Nesse caso, considerando a profundidade de escavação constante, o aumento da ficha diminuiu a probabilidade de falha usando os dois métodos probabilísticos e os valores dos pontos de projeto fornecidos pelo FORM. A distribuição lognormal diminuiu a probabilidade de falha das análises no ELS.
Abstract: Geotechnical structures are subject to different uncertainties due to the natural variability of the soil and because of the limited knowledge of the several related events. The evaluation of these uncertainties is possible with the application of the reliability theory. Despite the discussion on this topic presented in international standards and scientific researches, the application of the probabilistic theory in Brazil is still unusual, especially for retaining structures. Accordingly, this work presents a study on geotechnical reliability of cantilever pile walls in sand. First, computational routines were developed for reliability analysis using the Python language. The first series of routines was developed to evaluate the reliability for the Ultimate Limit State (ULS) of the structure using FORM (First Order Reability Method) and Monte Carlo simulation. The second group of routines was devised to evaluate the reliability for the Service Limit State (SLS) using Monte Carlo simulation. A project of a cantilever pile wall embedded in sandy soil, which is typically constructed in the city of Natal/RN, Brazil, was analyzed using the computational routines. A parametric study was conducted based on this specific retaining wall. Particularly for SLS evaluation, the Plaxis 2D finite element software was used to obtain the horizontal displacement values of the cantilever wall. The retaining structure presented high reliability for the ULS with insignificant probability of failure for both probabilistic methods and great reliability index values for the FORM and for the Monte Carlo simulation. For SLS, the increase in maximum allowed horizontal displacements decreased the failure probability and increased the pile wall reliability index, in a linear trend. Sensitivity analysis indicated that the soil friction angle was the most influential variable in ULS and SLS in most cases. On the other hand, soil dry unit weight showed a low influence in all analyzed cases. Sensitivity methods coupled with Plaxis 2D exhibited satisfactory results for the implemented evaluations. Regarding the parametric study, the oversized embedment depth of the structure led to a reduced influence of soil property variability on reliability analyses. The effect of soil properties variations on the results was significant only for adopted embedment depth smaller than that actually executed. For a constant depth of excavation, increasing embedment depths decreased the failure probability found by the two probabilistic methods and increased the design points provided by the FORM. The use of lognormal distribution reduced the failure probability of the SLS analyzes.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25337
Appears in Collections:PPEC - Mestrado em Engenharia Civil

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