Análise de confiabilidade do cais do Porto Velho - Rio Grande/RS através de ferramentas de equilíbrio limite e elementos finitos

Abstract

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.

The present study analyzes the global stability of the Cais do Porto Velho, a structure belonging to the port complex of the city of Rio Grande in Rio Grande do Sul. The structure in question is a gravity pier with a length of 640 m, and in recent years this structure has been showing excessive displacements in a 150 m stretch between bollards 09 and 13. The Porto Velho was evaheated deterministic and probabilistic analyses. Deterministic analysis is one of the most widespread analyzes in the field of engineering, based on this methodology, the safety factor is defined as the relationship between the resistant forces and the external loads, this type of analysis does not take into account the variability of the material or the loads. On the other hand, the probabilistic analysis not only considers this variability of the parameters but also allows estimating the probability of failure and the reliability index of the structure. Five study scenarios were analyzed using SLIDE 2D Limit Equilibrium software and PLAXIS 2D Finite Element software. Reliability analysis was developed using Monte Carlo, FOSM and Point Estimates methods. To understand how soil variability influences the safety factor, each scenario was analyzed four times, so that in each of these analyzes low, medium and high coefÏcients of variation were used. Based on the results of these analyses, reliability indices between 4.78 and 3.28 were found. In addition, it was observed that the loss of protective soil at the base of the rockfill causes an average decrease of 18% on the value of the safety factor and 17% on the reliability index. Furthermore, it was possible to verify the convergence between the results of the Monte Carlo Method, FOSM and Point Estimates. The comparison between the results of the Limit Equilibrium Method and the FEM is possible, but with reservations since there was divergence between the results of the values of the safety factors in them, however, it was observed that the value of the reliability index is similar. It was also possible to notice when as a greater variability of the parameters is considered, a reduction in the value of the reliability index and an increase in the probability of failure can be seen.