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Previous issue date: 2018-02-26 === Estruturas geotécnicas estão sujeitas a incertezas decorrentes da variabilidade
natural do solo e do conhecimento limitado dos diversos eventos envolvidos. Nesse
sentido, a avaliação de incertezas em projetos geotécnicos pode ser feita mediante
aplicação da teoria da confiabilidade. Entretanto, apesar da adoção de analises
probabilísticas em normas internacionais e pesquisas científicas, pode-se dizer que,
no Brasil, sua aplicação ainda é escassa, especialmente, em estruturas de
contenção. Desse modo, nesse trabalho apresenta-se um estudo sobre
confiabilidade geotécnica de contenções de estacas em balanço executadas em
areia. Rotinas de cálculo computacional para análise de confiabilidade foram
inicialmente desenvolvidas utilizando-se a linguagem Python. O primeiro grupo de
rotinas foi desenvolvido para Estado Limite Último (ELU) através do método FORM
(First Order Reliability Method) e da simulação de Monte Carlo. O segundo grupo de
rotinas refere-se à análise de confiabilidade para Estado Limite de Serviço (ELS)
mediante simulação de Monte Carlo. Uma contenção com características
tipicamente executadas na cidade de Natal-RN foi analisada utilizando-se as rotinas
desenvolvidas e para a realização de um estudo paramétrico. Para o ELS utilizou-se
ainda o software de elementos finitos Plaxis 2D para obter os deslocamentos
horizontais da contenção. A contenção analisada apresentou alta confiabilidade para
o ELU com probabilidade de falha nula para os dois métodos probabilísticos e alto
índice de confiabilidade tanto para o FORM quanto na simulação de Monte Carlo.
Para o ELS, o aumento dos deslocamentos horizontais máximos permitidos diminuiu
a probabilidade de falha e aumentou o índice de confiabilidade da contenção, em
ambos os casos, com tendência linear. As análises de sensibilidade revelaram que o
ângulo de atrito do solo foi a variável mais influente no ELU e ELS na grande maioria
dos casos. O peso específico seco, por sua vez, teve baixa influência em todas as análises. Os métodos de sensibilidade aplicados juntos com o Plaxis 2D tiveram
resultados satisfatórios para as avaliações da função de estado limite realizadas. Em
relação à análise paramétrica, o superdimensionamento da ficha da contenção
executada diminuiu a influência da variabilidade das propriedades do solo nos
resultados. O efeito da variação das características do solo nos resultados só foi
expressivo adotando-se valores de ficha menores que o executado. Nesse caso,
considerando a profundidade de escavação constante, o aumento da ficha diminuiu
a probabilidade de falha usando os dois métodos probabilísticos e os valores dos
pontos de projeto fornecidos pelo FORM. A distribuição lognormal diminuiu a
probabilidade de falha das análises no ELS. === Geotechnical structures are subject to different uncertainties due to the natural
variability of the soil and because of the limited knowledge of the several related
events. The evaluation of these uncertainties is possible with the application of the
reliability theory. Despite the discussion on this topic presented in international
standards and scientific researches, the application of the probabilistic theory in
Brazil is still unusual, especially for retaining structures. Accordingly, this work
presents a study on geotechnical reliability of cantilever pile walls in sand. First,
computational routines were developed for reliability analysis using the Python
language. The first series of routines was developed to evaluate the reliability for the
Ultimate Limit State (ULS) of the structure using FORM (First Order Reability
Method) and Monte Carlo simulation. The second group of routines was devised to
evaluate the reliability for the Service Limit State (SLS) using Monte Carlo simulation.
A project of a cantilever pile wall embedded in sandy soil, which is typically
constructed in the city of Natal/RN, Brazil, was analyzed using the computational
routines. A parametric study was conducted based on this specific retaining wall.
Particularly for SLS evaluation, the Plaxis 2D finite element software was used to
obtain the horizontal displacement values of the cantilever wall. The retaining
structure presented high reliability for the ULS with insignificant probability of failure
for both probabilistic methods and great reliability index values for the FORM and for
the Monte Carlo simulation. For SLS, the increase in maximum allowed horizontal
displacements decreased the failure probability and increased the pile wall reliability
index, in a linear trend. Sensitivity analysis indicated that the soil friction angle was
the most influential variable in ULS and SLS in most cases. On the other hand, soil
dry unit weight showed a low influence in all analyzed cases. Sensitivity methods coupled with Plaxis 2D exhibited satisfactory results for the implemented evaluations.
Regarding the parametric study, the oversized embedment depth of the structure led
to a reduced influence of soil property variability on reliability analyses. The effect of
soil properties variations on the results was significant only for adopted embedment
depth smaller than that actually executed. For a constant depth of excavation,
increasing embedment depths decreased the failure probability found by the two
probabilistic methods and increased the design points provided by the FORM. The
use of lognormal distribution reduced the failure probability of the SLS analyzes.
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