Análise de confiabilidade em problemas de interação solo-estaca incluindo campos estocásticos

Abstract

Na análise de estruturas e geotecnia existem várias hipóteses de modelagem, sendo algumas das mais restritivas: desacoplamento, homogeneidade de corpos e variáveis determinísticas, entre outras. Na tentativa de superar estas hipóteses, nesta tese foi desenvolvido um sistema para resolver o problema da confiabilidade da interação entre o solo e os campos estocásticos que incluiu a realização de três núcleos de cálculo. O primeiro, responsável pelo modelo de elementos finitos onde são avaliadas as funções de estado limite que definem a falha ou não falha do sistema, o segundo, responsável pelo modelo probabilístico que fornece os métodos de cálculo da probabilidade de falha e o índice de confiabilidade do sistema e, o terceiro, um gerador de campo aleatório que permite a variabilidade espacial das variáveis aleatórias do sistema. Os três núcleos de computação foram desenvolvidos separadamente e ligados ao trabalho em colaboração. Inicialmente, os dois primeiros núcleos foram desenvolvidos e interligados, e modelos de confiabilidade estrutural foram feitos para verificar o seu funcionamento. Posteriormente, o terceiro núcleo de cálculo foi desenvolvido para suportar os primeiros dois e três modelos foram testados para verificar o seu funcionamento. Finalmente, foi realizada uma análise probabilística da sensibilidade das variáveis no problema de interação solo-estaca e um estudo paramétrico da influência do comprimento das estacas no cálculo dos índices de confiabilidade. Os resultados obtidos levam a concluir que a inclusão da hipótese de heterogeneidade do solo utilizando campos aleatórios é o avanço mais importante na análise probabilística do comportamento do solo e que o índice de confiabilidade varia significativamente com o aumento do comprimento da estaca até um certo ponto, após o qual as mudanças no índice de confiabilidade não são mais significativas para a segurança da estaca. Os resultados encontrados nesta tese constituem uma contribuição para o estado atual do conhecimento, uma vez que estabelecem critérios que podem ser úteis na análise e projeto das estacas.

In the analysis of structures and geotechnics there are various hypotheses for modeling, some of the most restrictive being: decoupling, homogeneity of bodies and deterministic variables, among others. In an attempt to overcome these hypotheses, in this thesis a system was developed to solve the reliability of the soil-pile interaction problem with stochastic fields that included the realization of three calculation cores. The first one, in charge of the finite element model where the limit state functions that define the failure or non-failure of the system are evaluated, the second one, in charge of the probabilistic model that provides the calculation methods of the failure probability and the system reliability index, and, the third one, a random field generator that allows the spatial variability of the random variables of the system. The three computation cores were developed separately and linked to work collaboratively. Initially, the first two cores were developed and linked, and structural reliability models were made to verify their operation. Subsequently, the third calculation core was developed to support the first two and three models were tested to verify its operation. Finally, a probabilistic analysis of the sensitivity of the variables in the soil-pile interaction problem and a parametric study of the influence of pile length on the calculation of reliability indices were carried out. The results obtained lead to the conclusion that the inclusion of the hypothesis of soil heterogeneity using random fields is the most important advance in the probabilistic analysis of soil behavior and that the reliability index varies significantly with increasing pile length up to a certain point after which changes in the reliability index are no longer significant for pile safety. The results found in this thesis constitute a contribution to the current state of knowledge as they establish criteria that can be useful in pile analysis and design.