Análise de confiabilidade das fundações da obra de ampliação do cais do terminal de contêineres do porto de Rio Grande (RS) aplicando metodologia bayesiana

Abstract

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.

Engineering works have uncertainties arising from various sources. From human factors during the execution, to uncertainties in the mechanical properties of the materials used, through mathematical models that do not reproduce in full the actual physical conditions. Besides that, in engineering, the possibility of zero risk of failure is an overpast concept. This understanding requires a more realistic analyses about the real probabilities of a structure to fail. In this context, this work presents a calculus methodology that seeks to insert some uncertainty to the calculation of a dock port piling, and calculates the failure probability of this structure. For the insertion of the uncertainties, are used data observed during the execution of staking, which, through mathematical simulations and application of Bayesian statistical analysis, allow an update of the forecast of load capacity of the piles. This update is given by probability distributions "priori" and "posteriori". The "priori" distribution consists in calculating the load capacity of the piles using semi-empirical methods based on results from SPT (Standard Penetration Test). The "posteriori" distribution is obtained by combining "priori" distribution and a likelihood function by Bayesian statistical analysis. The likelihood function, on the other hand, is obtained by dynamic formulas of soil resistance calculating, with the insertion of data observed during pile driving. For the structure fail probability calculation, this is measured by a reliability analysis, comparing resistances with demands. With this, it is calculated the structure failure probability before and after the update of soil resistance, as well as verification of the reliability gain arising this updating. The study is

carried out on the water piling of the Cradle III at Rio Grande Container Terminal, TECON- RG, whose design comprises a rising of 250 meters of quay, totaling 300 analyzed piles.