Verificação da Segurança de Estruturas Marítimas …...Verificação da Segurança de Estruturas Marítimas Utilizando Métodos Probabilísticos de Níveis II e III Maria Teresa

VerificaVerificaçção da Seguranão da Segurançça de a de Estruturas MarEstruturas Maríítimas Utilizando timas Utilizando

MMéétodos Probabiltodos Probabilíísticos de sticos de NNííveis II e IIIveis II e III

Maria Teresa ReisJoão Alfredo Santos

RISCOS, Coimbra, 22 a 25 de Maio de 2010

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SUM

SUM

ÁÁR

IORIO

> Introdução> Conceitos básicos

> Casos de estudoGalgamento de uma estrutura de protecção costeiraInstabilidade hidráulica do manto de um quebra-mar de taludes

> Considerações finais

> SoftwarePARASODE-BALI@RISK

● Introdução ● Conceitos Básicos ● Software ● Caso de Estudo ● Considerações Finais

IntroduIntroduççãoão> A sociedade em geral, bem como as normas para o projecto,

construção e manutenção de estruturas, exigem, cada vez mais, uma quantificação dos riscos e um aumento da sua fiabilidade

> Numa era de aquecimento global, subida de nível do mar e aumento de ocorrência de temporais, a gestão de riscos éuma ferramenta com crescente aplicação para apoio à decisão

> Os procedimentos convencionais de dimensionamento e de verificação da segurança de estruturas marítimas não se baseiam numa avaliação de riscos explícita e sistemática, sendo essencialmente de natureza determinística

> As estruturas marítimas são de grande complexidade, são muito dispendiosas e têm associadas inúmeras incertezas

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Verificação da Segurança de Estruturas Marítimas Utilizando Métodos Probabilísticos de Níveis II e IIIRISCOS, Coimbra, 22 a 25 de Maio de 2010

ObjectivoObjectivoIlustrar o trabalho que o Núcleo de Portos e Estruturas Marítimas do LNEC tem vindo a desenvolver no âmbito

da verificação da segurança à estabilidade e ao galgamento de estruturas marítimas utilizando

métodos probabilísticos de Níveis II e III

> As novas recomendações para o projecto, construção e manutenção de estruturas marítimas já incluem abordagens de gestão de riscos, baseadas em métodos probabilísticos e de optimização

> As abordagens de gestão de risco não foram ainda totalmente implementadas na prática corrente

4● Introdução ● Conceitos Básicos ● Software ● Caso de Estudo ● Considerações Finais

IntroduIntroduççãoão


Conceitos BConceitos Báásicossicos


> Probabilidade de falha, Pf

Avaliada através de métodos probabilísticosDiz respeito:

o Falha da estrutura como um todo (sistema) – é necessário decompor a falha generalizada em diferentes modos de falha e caracterizar as interacções entre os vários modos de falha

o Falha da estrutura relativamente a um modo de falha em particular

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iasConsequêncxPRisco f=


6

>Modos de falha para um quebra-mar de taludes




7

( )n1 X,,XZZ K=

0Z >

0Z ≤

Não ocorre falha

Ocorrefalha )0Z(PPf ≤=

Função de falha

>Estudo de modos de falha isolados




8

>Como algumas da variáveis Xi têm um carácter aleatório (algumas até podem estar correlacionadas entre si), Z define uma variável aleatória, sendo Pf:

>Excepto em casos com funções de falha muito simples e com um número muito baixo de variáveis, a integração múltipla não se pode realizar analiticamente e tem que ser aproximada através de métodos de cálculo mais simples: este é o objectivo dos métodos probabilísticos de dimensionamento e verificação da segurança

∫∫∫≤

=≤= n1X,...,X0Z

f dX...dXf...)0Z(PPn1

fX – densidade conjunta de probabilidade das variáveis Xii




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>Os métodos probabilísticos são classificados consoante o tipo de aproximação feito e o tipo de cálculo empregue

>Distinguem-se normalmente na literatura três níveis de métodos probabilísticos:

Nível III

Nível II

Nível I

Ordem decrescente de precisão e complexidade




10

>Métodos de Nível III Pf é calculada de forma “exacta” a partir da função densidade de probabilidade conjunta das variáveis, incluindo correlações entre elasConsistem em:

o Integração numéricao Técnicas de amostragem




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( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σμ

−Φ=≤=Z

Zf 0ZPP

normaisnãoou/enadascorrelacio

Variáveis Distribuição Normal

Independentes

linearnãofalhadeFunção Linearizada (FORM) ou

aproximada por um polinómio (SORM)

>Métodos de Nível IICaracterização original

Φ - Função de distribuição de uma variável normal

μ - Média σ - Desvio Padrão● Introdução ● Conceitos Básicos ● Software ● Caso de Estudo ● Considerações Finais





>@RISK: Comercializado pela Palisade Corporation Métodos probabilísticos de Nível III (Monte Carlo e LHS)Add-in do Microsoft Excel

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>PARASODE-BALI: Desenvolvido no LNECMétodos probabilísticos de Nível II (FORM)Dois modos de funcionamento:

o Verificação da segurança de estruturas existenteso Dimensionamento de novas estruturas

Validação dos resultados com métodos de Nível III (@RISK)

SoftwareSoftwarePARASODEPARASODE--BALI e @RISKBALI e @RISK

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Caso de EstudoCaso de EstudoGalgamento Galgamento –– ProtecProtecçção marginal na Baão marginal na Baíía de Liverpoola de Liverpool


CASO DE ESTUDO:Protecção marginal na

Baía de Liverpool


1rCH

SWLCLQZ

1rCH

SWLCL0

HCrSWLCL

1)CH(gAQZ

s

s

BBe

s

3s

≥−

⇒=

<−

≤⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−=

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VAN DER MEER & JANSSEN (1995, 1998)VAN DER MEER & JANSSEN (1995, 1998)

HEDGES & REIS (1998, 2004)HEDGES & REIS (1998, 2004)

2HrSWLCL

BEXPgH2.0QZ

2HrSWLCL

AEXPtan

gH06.0QZ

ps

3s

psp

3sp

>ξ⇒⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −−−=

≤ξ⇒⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

ξ−

−α

ξ−=




CL – a altura de coroamento da protecção marginalQ – caudal médio que é admissível transpor a estrutura

(manuais de galgamentos)

Liverpool

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Nível de maré, z (m OD)

f (z)

Nível de água = maré astronómica + surge (surge - sobrelevação de origem meteorológica)Distribuições dos níveis de maré, zm, e do surge, zs

Variável Distribuição Média, μ Desvio Padrão, σ Limite Inferior

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zm (m OD) Empírica 0,275 2,362 ---------- zs (m) Gumbel 0,019 0,192 ----------

>Caracterização das variáveis:




Coeficiente de correlação entre zm e zs: ρ=0 (independentes)

Comparação das fórmulas de galgamentos

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0CL (m OD)

P f a

nual

(%)

100 10

0.01 0.001

H&R ----- Van der Meer e Janssen

> Probabilidade de falha anual, Pf, versus altura de coroamento, CL, para diferentes valores do caudal médio admissível, Q

16● Introdução ● Conceitos Básicos ● Software ● Caso de Estudo ● Considerações Finais



Comparação das fórmulas de galgamentos

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0CL (m OD)

P f a

nual

(%)

100 10

0.01 0.001

H&R ----- Van der Meer e Janssen

CL (m)Pf anual

(%)VM&J

Pf anual (%)

H&R

8 0.25 0.43

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Q=0.01l/s/m

Q=10l/s/m

Segurança Estrutural

Segurança Funcional



Caso de EstudoCaso de EstudoGalgamento Galgamento –– ProtecProtecçção marginal na Baão marginal na Baíía de Liverpoola de Liverpool> Probabilidade de falha anual, Pf, versus altura de coroamento,

CL, para diferentes valores do caudal médio admissível, Q

CL (m)Pf anual

(%)VM&J

Pf anual (%)

H&R

11 0.64 0.14

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ConsideraConsideraçções Finaisões Finais

ConclusãoConclusãoA utilização de métodos probabilísticos em

Engenharia Costeira e Portuária representa um grande avanço relativamente à simples utilização de métodos determinísticos



> Os métodos determinísticos são desadequados a uma prática de engenharia que se pretende rigorosa e sustentada pelo conhecimento e interpretação científica da realidade

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ConsideraConsideraçções Finaisões Finais

A qualidade dos resultados obtidos através dos métodos probabilísticos depende de vários factores, incluindo:

• a fidelidade com que as funções de falha utilizadas retratam a realidade

• a veracidade dos dados utilizados



Obrigada pela vossa atenObrigada pela vossa atençção!ão!

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