Análise de eficiência computacional de otimização robusta multiobjetiva baseada em confiabilidade aplicada a um pórtico plano de concreto armado

Abstract

Projetos de estruturas de concreto utilizam métodos semi-probabilísticos, que incorporam coeficientes de segurança no tratamento das incertezas, majorando cargas e minorando resistências; enquanto os métodos probabilísticos quantificam a probabilidade de falha de uma estrutura ao lidar com as incertezas. Este estudo aplicou a Otimização baseada em Confiabilidade e a Otimização Robusta Multiobjetiva baseada em Confiabilidade a um pórtico plano de concreto armado. A análise comparativa entre os quatro métodos numéricos – Reliability Index Approach (RIA), Perfomance Mensure Approach (PMA), Single Loop Approach (SLA) e Sequential Optimization and Reliability Assessment (SORA) – envolveu critérios de desempenho como precisão, tempo de processamento, número de iterações e de avaliações de funções, e qualidade de distribuição de pontos de Pareto. A principal contribuição deste trabalho é a identificação do método mais eficiente para a otimização sob incertezas aplicado a um pórtico plano de concreto armado. A otimização foi realizada via Sequential Quadratic Programming (SQP), disponível na biblioteca Scipy (SCIPY, 2023). A análise de confiabilidade, por sua vez, foi executada via First-Order Reliability Method (FORM), disponível no pacote Pystra (HACK; CAPRANI, 2022) apenas para os métodos RIA e PMA; enquanto foi implementado uma rotina tradicional para os métodos SLA e SORA. Ademais, a análise estrutural foi realizada via Método dos Elementos Finitos (MEF), disponível no pacote CasPy (ALVES, 2018). Por fim, a fronteira de Pareto foi elaborada via as técnicas Weighted Sum (WS) e Normal-Boundary Intersection (NBI). O desempenho dos algoritmos foi avaliado em cinco exemplos: 1. Função estado limite não linear, 2. Múltiplas funções estados-limite, 3. Pilar curto (Short Column), 4. Caixa de engrenagens (Gear Box) e 5. Pórtico Plano de Concreto Armado 3B3S. Com base na análise de eficiência computacional, conclui-se que SORA e SLA são os mais eficientes, principalmente pelo desempenho superior no tempo de processamento e no número de avaliações de funções estado limite; SLA apresentou maior eficiência na Otimização baseada em Confiabilidade, enquanto o SORA se sobressaiu na Otimização Robusta Multiobjetiva baseada em Confiabilidade. Os métodos RIA e PMA apresentaram melhores curvas de projetos viáveis.