EE - Escola de Engenharia

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Análise da interação solo-estrutura em dolfins de amarração e atracação
(2018) Wegmann, Morgana Drieli; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O presente trabalho tem como objetivo analisar a influência da interação solo-estrutura nos elementos das fundações de um dolfim de amarração e atracação. Para estudo de caso, foi utilizado o projeto de três dolfins previstos para o Cais Norte do Estaleiro Rio Grande da cidade do Rio Grande/RS. Desse projeto foram retirados os modelos geométricos, os materiais utilizados e os carregamentos externos atuantes na estrutura. O dolfim analisado é composto por uma laje horizontal de concreto armado disposta sobre estacas metálicas inclinadas, sendo as estacas compostas cada uma por dois perfis W610x125 soldados lado a lado pelos seus flanges. Para considerar a interação solo- estrutura, foi utilizada como base a metodologia de Winkler (1867), a partir da teoria da flexão de viga assente sobre base elástica. A modelagem do solo foi realizada através do emprego de molas lineares horizontais ao longo do comprimento das estacas. Os valores de rigidezes das molas foram calculados a partir do coeficiente de reação horizontal do solo, o qual foi obtido pela retroanálise de uma prova de carga horizontal realizada na obra em estudo. Os modelos computacionais desenvolvidos no trabalho foram elaborados no software ANSYS em sua student edition. Foram utilizados os elementos Beam188 para modelar as estacas, Shell181 para a laje e Combin14 para as molas lineares. Os resultados do modelo que considera a interação solo-estrutura foram comparados com os resultados de modelos convencionais de projeto. Também foram analisados os resultados de diferentes cenários de carregamento, a fim de verificar a influência deste nas solicitações das estacas, quando considerada a interação solo-estrutura. A partir dos resultados obtidos, observou-se que, de forma geral, os esforços axiais nas estacas mais carregadas diminuíram quando considerada a interação solo-estrutura, sendo que para alguns tipos de carregamentos essa variação foi mais significativa do que para outros. Assim, pode-se concluir que a metodologia convencional de projeto para o tipo de estrutura analisada nesse trabalho continua sendo válida, pois fornece resultados a favor da segurança. Em contrapartida, a consideração da interação solo-estrutura apresentou solicitações menores nos elementos mais carregados da fundação, o que pode trazer vantagens econômicas ao projeto. Importante destacar que, para considerar a interação solo-estrutura em um projeto, é necessário obter valores confiáveis para os parâmetros do solo, já que esse tipo de análise é muito sensível em relação a esses parâmetros.
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Análise de confiabilidade das fundações da obra de ampliação do cais do terminal de contêineres do porto de Rio Grande (RS) aplicando metodologia bayesiana
(2013) Amadori, Thiago; Alves, Antônio Marcos de Lima; Real, Mauro de Vasconcellos
As obras de engenharia possuem incertezas oriundas das mais diversas fontes. Desde fatores humanos durante a execução, até incertezas quanto às propriedades mecânicas dos materiais empregados, passando por modelos matemáticos que não reproduzem por inteiro as condições físicas reais. Além disso, a hipótese do risco de ruína ser nulo em uma obra de engenharia é um conceito ultrapassado. Este entendimento requer uma análise mais realista quanto às probabilidades reais de falha das estruturas. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia de cálculo que procura inserir algumas incertezas ao cálculo do estaqueamento de um cais de porto, e calcula a probabilidade de ruína desta estrutura. Para a inserção das incertezas, são utilizados dados observados durante a execução do estaqueamento, os quais, através de simulações matemáticas e aplicação da análise estatística Bayesiana, permitem uma atualização da previsão da capacidade de carga das estacas. Esta atualização se dá por meio de distribuições de probabilidade “à priori” e “à posteriori”. A distribuição “à priori” consiste no cálculo da capacidade de carga das estacas utilizando-se métodos semi-empíricos baseados em resultados de ensaios SPT (Standard Penetration Test). Já a distribuição “à posteriori” é obtida pela combinação da distribuição “à priori” e de uma função de verossimilhança, através da análise estatística Bayesiana. A função de verossimilhança, por sua vez, é obtida através de fórmulas dinâmicas de cálculo de resistência do solo, com a inserção de dados observados durante a cravação. Quanto ao cálculo da probabilidade de ruína da estrutura, esta é mensurada através de uma análise de confiabilidade, comparando-se as resistências com as cargas solicitantes da estrutura. Com isso, é calculada a probabilidade de falha da estrutura antes e depois da atualização da resistência do solo, assim como a verificação do ganho de confiabilidade advindo desta atualização. O estudo realiza-se no estaqueamento em água da obra do Berço III do Terminal de Contêineres de Rio Grande, TECON-RG, cujo projeto contempla um aumento de 250 metros lineares de cais, totalizando 300 estacas analisadas.
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Análise de confiabilidade das fundações do cais do estaleiro honório bicalho no porto de Rio Grande (RS) aplicando metodologia bayesiana
(2015) Luzzardi, Francisco Jose Von Ameln; Alves, Antônio Marcos de Lima
As incertezas existentes na Engenharia, de um modo geral, são provenientes de diversos fatores, tais como as aproximações e limitações dos modelos matemáticos utilizados, o conhecimento limitado das propriedades dos materiais, bem como a heterogeneidade dos mesmos. Também os ensaios para a determinação de parâmetros dependem de equipamentos, de procedimentos e de mão de obra que geram imprecisões em seus resultados. Enfim, existem diversas situações que propiciam a diferença entre os resultados calculados e os encontrados na prática. Assim, é necessária uma margem de segurança, com o objetivo de eliminar as possíveis incertezas. Porém, a tendência atual da Engenharia é tratar o Fator de Segurança não como um valor determinístico, mas sim em conjunto com uma “probabilidade de ruína” da estrutura. O presente trabalho busca determinar esta probabilidade de ruína na fundação do cais do estaleiro Honório Bicalho, no Porto Novo da cidade de Rio Grande, RS, empregando análise estatística Bayesiana. Na análise foi determinada a distribuição probabilística da capacidade de carga estática prevista pelos métodos semi-empíricos de Aoki & Velloso e de Décourt & Quaresma, utilizando-se os dados provenientes do ensaio de SPT (Standart Penetration Test), denominada de distribuição “a priori”. Com os dados de controle de cravação das estacas (negas medidas ao final da cravação e Ensaios de Carregamento Dinâmico), e adotando a fórmula dinâmica dos Dinamarqueses, foi definida uma distribuição probabilística de capacidade observada, chamada de “função de verossimilhança”. Com os resultados das distribuições “a priori” e função de verossimilhança, aplicando a metodologia Bayesiana foi determinada a distribuição de capacidade “a posteriori”, que consiste em uma atualização das previsões “a priori” com base em dados medidos ou observados. Combinando as distribuições de capacidade com a distribuição probabilística de solicitações sobre as estacas, foram determinados os índices de confiabilidade e as probabilidades de ruína da estrutura, antes e depois da atualização. Os resultados foram comparados com resultados de Prova de Carga Estática realizada na obra. De uma forma geral, observou-se um ganho de confiabilidade na obra através do emprego da metodologia Bayesiana de análise.
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Análise de confiabilidade das fundações do cais modernizado do porto novo de rio grande (rs) aplicando metodologia bayesiana
(2016) Beloni, Aline de Viegas; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O objetivo deste trabalho é apresentar a aplicação de um procedimento de atualização da previsão da capacidade de carga geotécnica de estacas, tomando como base os registros documentados durante a execução das estacas. Essa atualização é obtida através da aplicação dos conceitos da análise bayesiana. A incerteza dos parâmetros é modelada por distribuições de probabilidade “a priori” e “a posteriori”. Para obtenção da distribuição “a priori” foram utilizados métodos semi-empíricos de previsão da capacidade de carga das estacas baseados em resultados de ensaios SPT (Standard Penetration Test), adaptados para incluir a variabilidade dos resultados do ensaio. A estimativa da distribuição “a posteriori” foi realizada através da atualização da distribuição “a priori”, utilizando uma função de máxima verossimilhança baseada nos dados disponíveis em registros de cravação e na aplicação de uma fórmula dinâmica. Além disso, determinou-se o índice de confiabilidade e a probabilidade de falha da estrutura, confrontando-se as resistências com as solicitações, antes e depois da atualização da capacidade de carga. Aplicou-se o procedimento em um estaqueamento em água da obra de remodelação do Porto Novo, em Rio Grande, RS.
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Análise de confiabilidade do cais do Porto Velho - Rio Grande/RS através de ferramentas de equilíbrio limite e elementos finitos
(2022) Silva Neta, Luiza Antiqueira da; Fagundes, Diego de Freitas; Alves, Antônio Marcos de Lima
O presente estudo analisa a estabilidade global do Cais do Porto Velho, estrutura pertencente ao complexo portuário da cidade do Rio Grande no Rio Grande do Sul. A estrutura em questão trata-se de um cais de gravidade com extensão de 640 m, sendo que nos últimos anos esta estrutura vem apresentando deslocamentos excessivos em um trecho de 150 m compreendido entre os cabeços 09 e 13. Assim, tem-se como proposta avaliar o Cais do Porto Velho através de análises determinísticas e probabilísticas. A análise determinística é uma das análises mais difundidas no ramo da engenharia, a partir desta metodologia define-se o fator de segurança como a relação entre os esforços resistentes e os esforços solicitantes, este tipo de análise não leva em conta a variabilidade do material ou mesmo dos esforços. Em contrapartida, a análise probabilística não somente considera esta variabilidade dos parâmetros analisados como também permite estimar a probabilidade de falha e o índice de confiabilidade da estrutura. Cinco cenários de estudo foram analisados utilizando o software de Equilíbrio Limite SLIDE 2D e software de Elementos Finitos PLAXIS 2D. A análise da confiabilidade foi desenvolvida a partir dos métodos de Monte Carlo, FOSM e Estimativas Pontuais. Para compreender como a variabilidade do solo influencia no fator de segurança, cada cenário foi analisado quatro vezes, de modo que em cada uma destas análises foram utilizados coeficientes de variação baixos, médios e altos. Com base nos resultados destas análises, foram encontrados índices de confiabilidade entre 4,78 e 3,28. Além disto, observou-se que a perda do solo de proteção da base do enrocamento provoca uma diminuição média de 18% sobre o valor do fator de segurança e 17% do índice de confiabilidade. Além disto, foi possível verificar a convergência entre os resultados dos Método de Monte Carlo, FOSM e Estimativas Pontuais. A comparação entre os resultados do Método de Equilíbrio Limite e o MEF é possível, mas com ressalvas já que houve divergência entre os resultados dos valores dos fatores de segurança nos mesmos, porém, observou-se que o valor do índice de confiabilidade é semelhante. Também foi possível notar que conforme é considerado uma maior variabilidade dos parâmetros, percebe-se uma redução do valor do índice de confiabilidade e um aumento da probabilidade de falha.
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Análise dos esforços em estacas de um cais de contêineres de paramento aberto
(2015) Viegas, Carlos Henrique Hernandorena; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O transporte marítimo e fluvial e seus portos sempre desempenharam e continuam a desempenhar um papel fundamental na relação entre os povos e no desenvolvimento da economia mundial. O Brasil, com 8,5 mil km de costas, tem 95% do seu comércio exterior utilizando o transporte marítimo, com uma movimentação de 700 milhões de toneladas de mercadorias por ano.. E, isso, com uma importante parte com o uso dos contêineres, que trabalham dentro de um sistema unitizado e otimizado de cargas. Desta forma, navios e portos têm sido adaptados em suas estruturas físicas e mecânicas para tornar cada vez mais eficiente o uso desse sistema. Assim, as estruturas de acostagem dos portos necessitam cada vez mais de instrumentos de análise que permitam, não apenas realizar o dimensionamento de suas estruturas, mas, principalmente, compreender o comportamento dos esforços a que estão submetidas. O objetivo deste trabalho foi, portanto, determinar o comportamento das fundações em estacas em um cais de contêineres de paramento aberto constituído por uma laje apoiada sobre estacas, levando em conta diferentes combinações de ações, destacando aquelas que conduzem às situações mais desfavoráveis. Para tanto, foi utilizado o método dos elementos finitos e o software ANSYS. Para o estudo de caso foi adotado um modelo extraído e adaptado a partir de um dos módulos da ampliação do cais do TECON-RS, localizado no porto de Rio Grande. Para as ações foram consideradas, além das triviais, tais como peso próprio e sobrecargas de serviço, aquelas devidas aos equipamentos específicos utilizados nesse cais e aquelas decorrentes de fatores ambientais, tais como vento e correntes. Destas ações resultaram 227 combinações de esforços dentre as quais foram selecionadas as 12 mais importantes consideradas principais. Os resultados obtidos permitiram determinar a variação dos esforços nas estacas em função das diferentes combinações, demonstrando a importância das estacas inclinadas na absorção dos esforços transversais decorrentes das ações do vento e das correntes, bem como do movimentos dos navios, quer através das amarras como também das defensas. Outro aspecto considerado importante foi a constatação da desatualização das normas brasileiras sobre o assunto e, mesmo, a pouca literatura técnico-científica sobre o tema.
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Caracterização geotécnica de fundo marinho entre Rio Grande e Torres e de fundo lagunar entre Rio Grande e São Lourenço do Sul
(2017) Valério, Bruna Sá Britto; Fontoura, José Antonio Scotti; Alves, Antônio Marcos de Lima
O objetivo deste estudo é descrever e interpretar os resultados de duas campanhas de investigações geotécnicas, a primeira com base em amostras retiradas do leito marinho entre as cidades de Rio Grande e Torres, no litoral do estado do Rio Grande do Sul, e a segunda com amostras de fundo lagunar extraídas entre as cidades de Rio Grande e São Lourenço do Sul. A coleta dos sedimentos marinhos ocorreu durante um cruzeiro do navio oceanográfico Atlântico Sul, da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), patrocinado pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT), onde foram coletados 27 tubos amostrais de fundo marinho. As amostras foram obtidas entre as curvas isobatimétricas de 13,00 a 91,00 metros de lâmina d’água. Já as amostras de sedimentos lagunares foram obtidas por meio de uma parceria entre o Laboratório de Engenharia Costeira (FURG) e o Laboratório de Dinâmica de Sedimentos Coesivos (UFRJ), com o auxílio da lancha Larus, sendo que durante essa expedição foram coletadas 19 amostras de sedimentos superficiais lagunares. As amostras foram obtidas entre as curvas isobatimétricas de 2,50 e 14,40 metros de lâmina d’água. Os dois conjuntos de amostras foram submetidos a ensaios de caracterização geotécnica básica, a ensaios de palheta de laboratório, a ensaios de caracterização mais sofisticados, como difração de raios X, além de ensaios complementares, como determinação do teor de matéria orgânica. Com base nos resultados dos ensaios de caracterização, foi organizado um extenso banco de dados, contendo parâmetros descritivos e de comportamento geomecânico dos solos presentes nos pontos amostrados. Este banco de dados pode ser útil no apoio a projetos de engenharia costeira relacionados à dragagem e instalação de dutos submarinos, bem como no subsídio a estudos sobre o transporte de sedimentos e gerenciamento costeiro.
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Confiabilidade de fundações superficiais para aerogeradores Onshore
(2021) Almeida, Lara Rúbia Tranin de; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
A energia é fundamental e indispensável para a existência de toda a humanidade, entre- tanto, temos convivido com incontáveis problemas decorrentes dos impactos ao meio ambiente. Torna-se, então, imprescindível a intensificação de buscas por fontes alterna- tivas de energia, em especial fontes renováveis, dentre as quais a energia eólica, que vem ganhando merecido destaque e se consolidando como uma das melhores opções no Brasil e no restante do Mundo. A tecnologia eólica onshore vem sendo promissora no mercado de energia, em decorrência do avançado estágio de conhecimento tecnológico que se dispõe e dos preços convidativamente competitivos dessa produção energética. Tudo isso tem impulsionado o crescimento para implantação de vários parques eólicos nos últimos anos, inclusive localizados próximo das regiões litorâneas, devido ao favo- recimento dos efeitos do vento. O trabalho proposto apresenta as particularidades do projeto de fundações superficiais empregadas em torres eólicas. O embasamento teóri- co para o estudo discorreu sobre a confiabilidade do uso destas fundações para aeroge- radores onshore, sob aspectos estruturais e geotécnicos envolvidos. Desenvolveu-se, para isto, análises da confiabilidade do projeto de quatro casos documentados da literatura, todos contendo fundação superficial do tipo sapata. Desses, três casos de projeto foram estudados em zona litorânea do Brasil e um caso foi projetado para subsolo geotécnico na Suécia. Assim, através da ferramenta Solver do Microsoft Excel, buscou-se avaliar a confiabilidade estrutural do projeto destas quatro fundações, empregando o método de confiabilidade primeira ordem (FORM). A análise da confiabilidade dos projetos e dos parâmetros geotécnicos e estruturais, que mais influenciam no índice de confiabilidade, foi avaliada mediante a comparação entre os resultados obtidos para os quatro casos documentados da literatura. Conclui-se, então, que a confiabilidade tende a diminuir conforme aumenta a variabilidade dos parâmetros de projeto. Levando-se em conta o caráter aleatório adotado para as variáveis do projeto, tem-se como verificação mais crítica para os quatro casos de projeto analisados, a confiabilidade estrutural para a ca- pacidade de carga, seguida da estabilidade ao tombamento e por último, e menos restri- tiva, a verificação do deslizamento. Nota-se ainda, que a obtenção de um elevado fator de segurança determinístico não garante um projeto confiável e seguro, pois no proce- dimento determinístico de cálculo não são consideradas incertezas, nem parâmetros probabilísticos. Em razão disso, destaca-se a importância para o estudo da confiabilida- de em projetos desta magnitude.
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Utilização de concreto protendido em pavimentos portuários
(2015) Santos, Mateus Berwaldt; Real, Mauro de Vasconcelos; Alves, Antônio Marcos de Lima
Os pavimentos de portos estão sujeitos a tipos de cargas que variam em geometria e magnitude, conforme a finalidade do terminal portuário. No caso de um terminal de contêineres, como o de Rio Grande, destacam-se as seguintes cargas: contêineres, stackers, empilhadeiras, RTGs e caminhões. Os tipos de pavimentos tradicionalmente utilizados em portos são: concreto simples, concreto armado, blocos intertravados de concreto e pedra natural. Este trabalho tem como objetivo estudar o uso alternativo do concreto protendido para pavimentos portuários, demonstrando a sua viabilidade, e desenvolver um modelo de cálculo para o dimensionamento deste pavimento. O uso da protensão já é uma realidade para pisos industriais e de aeroportos, pois possibilita espessuras de concreto reduzidas, poucas juntas e redução no número de fissuras, o que prolonga a vida útil do pavimento. Neste trabalho também foram elaboradas planilhas eletrônicas para o dimensionamento de pavimentos em concreto protendido, as quais trazem como resposta a armadura ativa necessária. São estudadas variações de parâmetros como: espessura da laje de concreto, resistência característica do concreto à compressão (fck), cargas de protensão e dos veículos e propriedades da sub-base. Além disso, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre projeto de pavimento em concreto protendido e critérios de projeto para pavimento de um terminal de contêineres. Também foram estudadas alternativas para sub-bases, pois a capacidade de carga do pavimento está diretamente ligada a elas. Os modelos de cálculo e as planilhas foram verificados por meio da comparação dos seus resultados com resultados de outros autores e com um projeto executivo de pavimento. Foi desenvolvido um exemplo completo de dimensionamento de pavimento para o terminal de contêineres do Rio Grande (Tecon). Como resultado deste trabalho concluiu-se que o uso da protensão em pavimentos portuários é viável e que o modelo de dimensionamento proposto e as planilhas eletrônicas são eficientes, pois apresentam resultados próximos de outros autores.