Expert system application on preliminary design of water retaining structures

Design of liquid retaining structures involves many decisions to be made by the designer based on rules of thumb, heuristics, judgment, code of practice and previous experience. Various design parameters to be chosen include configuration, material, loading, etc. A novice engineer may face many difficulties in the design process. Recent developments in artificial intelligence and emerging field of knowledge-based system (KBS) have made widespread applications in different fields. However, no attempt has been made to apply this intelligent system to the design of liquid retaining structures. The objective of this study is, thus, to develop a KBS that has the ability to assist engineers in the preliminary design of liquid retaining structures. Moreover, it can provide expert advice to the user in selection of design criteria, design parameters and optimum configuration based on minimum cost. The development of a prototype KBS for the design of liquid retaining structures (LIQUID), using blackboard architecture with hybrid knowledge representation techniques including production rule system and object-oriented approach, is presented in this paper. An expert system shell, Visual Rule Studio, is employed to facilitate the development of this prototype system. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Knowledge-based system on optimum design of liquid retaining structures with genetic algorithms

This paper delineates the development of a prototype hybrid knowledge-based system for the optimum design of liquid retaining structures by coupling the blackboard architecture, an expert system shell VISUAL RULE STUDIO and genetic algorithm (GA). Through custom-built interactive graphical user interfaces under a user-friendly environment, the user is directed throughout the design process, which includes preliminary design, load specification, model generation, finite element analysis, code compliance checking, and member sizing optimization. For structural optimization, GA is applied to the minimum cost design of structural systems with discrete reinforced concrete sections. The design of a typical example of the liquid retaining structure is illustrated. The results demonstrate extraordinarily converging speed as near-optimal solutions are acquired after merely exploration of a small portion of the search space. This system can act as a consultant to assist novice designers in the design of liquid retaining structures.

A coupled knowledge-based expert system for design of liquid-retaining structures

This paper describes a coupled knowledge-based system (KBS) for the design of liquid-retaining structures, which can handle both the symbolic knowledge processing based on engineering heuristics in the preliminary synthesis stage and the extensive numerical crunching involved in the detailed analysis stage. The prototype system is developed by employing blackboard architecture and a commercial shell VISUAL RULE STUDIO. Its present scope covers design of three types of liquid-retaining structures, namely, a rectangular shape with one compartment, a rectangular shape with two compartments and a circular shape. Through custom-built interactive graphical user interfaces, the user is directed throughout the design process, which includes preliminary design, load specification, model generation, finite element analysis, code compliance checking and member sizing optimization. It is also integrated with various relational databases that provide the system with sectional properties, moment and shear coefficients and final member details. This system can act as a consultant to assist novice designers in the design of liquid-retaining structures with increase in efficiency and optimization of design output and automated record keeping. The design of a typical example of the liquid-retaining structure is also illustrated. (C) 2003 Elsevier B.V All rights reserved.

Seismic soil-interaction on earth retaining structures. Performance-based seismic design of a Retaining Wall

The design of containment walls suffering seismic loads traditionally has been realized with methods based on pseudoanalitic procedures such as Mononobe- Okabe's method, which it has led in certain occasions to insecure designs, that they have produced the ruin of many containment walls suffering the action of an earthquake. A method is proposed in this papers for the design of containment walls in different soils, suffering to the action of an earthquake, based on the Performance-Based Seismic Design.

An expert system on design of liquid-retaining structures with blackboard architecture

The design of liquid-retaining structures involves many decisions to be made by the designer based on rules of thumb, heuristics, judgement, codes of practice and previous experience. Structural design problems are often ill structured and there is a need to develop programming environments that can incorporate engineering judgement along with algorithmic tools. Recent developments in artificial intelligence have made it possible to develop an expert system that can provide expert advice to the user in the selection of design criteria and design parameters. This paper introduces the development of an expert system in the design of liquid-retaining structures using blackboard architecture. An expert system shell, Visual Rule Studio, is employed to facilitate the development of this prototype system. It is a coupled system combining symbolic processing with traditional numerical processing. The expert system developed is based on British Standards Code of Practice BS8007. Explanations are made to assist inexperienced designers or civil engineering students to learn how to design liquid-retaining structures effectively and sustainably in their design practices. The use of this expert system in disseminating heuristic knowledge and experience to practitioners and engineering students is discussed.

Genetic algorithms for design of liquid retaining structure

In this paper, genetic algorithm (GA) is applied to the optimum design of reinforced concrete liquid retaining structures, which comprise three discrete design variables, including slab thickness, reinforcement diameter and reinforcement spacing. GA, being a search technique based on the mechanics of natural genetics, couples a Darwinian survival-of-the-fittest principle with a random yet structured information exchange amongst a population of artificial chromosomes. As a first step, a penalty-based strategy is entailed to transform the constrained design problem into an unconstrained problem, which is appropriate for GA application. A numerical example is then used to demonstrate strength and capability of the GA in this domain problem. It is shown that, only after the exploration of a minute portion of the search space, near-optimal solutions are obtained at an extremely converging speed. The method can be extended to application of even more complex optimization problems in other domains.

Hybrid knowledge representation in a blackboard KBS for liquid retaining structure design

This paper highlights the importance of design expertise, for designing liquid retaining structures, including subjective judgments and professional experience. Design of liquid retaining structures has special features different from the others. Being more vulnerable to corrosion problem, they have stringent requirements against serviceability limit state of crack. It is the premise of the study to transferring expert knowledge in a computerized blackboard system. Hybrid knowledge representation schemes, including production rules, object-oriented programming, and procedural methods, are employed to express engineering heuristics and standard design knowledge during the development of the knowledge-based system (KBS) for design of liquid retaining structures. This approach renders it possible to take advantages of the characteristics of each method. The system can provide the user with advice on preliminary design, loading specification, optimized configuration selection and detailed design analysis of liquid retaining structure. It would be beneficial to the field of retaining structure design by focusing on the acquisition and organization of expert knowledge through the development of recent artificial intelligence technology. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A knowledge-based system for liquid retaining structure design with blackboard architecture

Owing to the high degree of vulnerability of liquid retaining structures to corrosion problems, there are stringent requirements in its design against cracking. In this paper, a prototype knowledge-based system is developed and implemented for the design of liquid retaining structures based on the blackboard architecture. A commercially available expert system shell VISUAL RULE STUDIO working as an ActiveX Designer under the VISUAL BASIC programming environment is employed. Hybrid knowledge representation approach with production rules and procedural methods under object-oriented programming are used to represent the engineering heuristics and design knowledge of this domain. It is demonstrated that the blackboard architecture is capable of integrating different knowledge together in an effective manner. The system is tailored to give advice to users regarding preliminary design, loading specification and optimized configuration selection of this type of structure. An example of application is given to illustrate the capabilities of the prototype system in transferring knowledge on liquid retaining structure to novice engineers. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dimensionamento de estruturas de suporte rígidas

A Norma Portuguesa EN 1997-1:2007 - Eurocódigo 7 (EC 7) quando comparada, quer com a versão anterior ENV 1997-1:1994, cujo estatuto foi de pré-norma, quer com a prática tradicional corrente, introduz alterações significativas na abordagem ao dimensionamento geotécnico de estruturas de suporte. Assim, neste trabalho pretende-se aplicar a abordagem por meio de cálculos preconizada na Norma ao caso do dimensionamento de estruturas de suporte rígidas, comparando-a com os critérios tradicionais de dimensionamento utilizados em Portugal. Para tal realizou-se o plano de estudos seguinte: i) recensão bibliográfica síntese sobre o tema; ii) formulação geral do problema da verificação da segurança de estruturas de suporte rígidas de acordo com o preconizado no EC 7 e: iii) desenvolvimento de uma aplicação em Excel para a verificação da segurança daquelas estruturas nos moldes preconizados no EC 7. A folha de cálculo foi utilizada para comparar, através de dois exemplos - um relativo a um muro gravidade, e o outro relativo a um muro em T invertido - as diferenças entre a via tradicional e o EC 7 no respectivo dimensionamento.

Estudo de soluções de contenção periférica em função das condicionantes de execução

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Estruturas de suporte de terras executadas com pneus

O aproveitamento de pneus em fim de vida revela ser uma alternativa eficaz e promissora na indústria da construção civil, na utilização deste resíduo em muros de suporte. O presente trabalho tem como principal objetivo a apresentação de uma técnica de aproveitamento de pneus em fim de vida na execução de muros de gravidade, combinando solo e pneus. Neste sentido, tomou-se como referência um estudo realizado no Brasil por Sieira, Sayão, Medeiros e Gerscovich, para avaliar a eficiência e o custo deste tipo de estruturas, comparando-o com um muro de suporte tradicional de betão simples. Inicialmente, avaliou-se a segurança do muro de solo-pneus, de acordo com a metodologia proposta no Eurocódigo 7 (NP EN 1997-1, 2010), considerando a geometria e as características dos materiais apresentados no estudo referido e usando o programa de cálculo automático Slide, da Rocscience, para a verificação da estabilidade global. Reproduziu-se a análise numérica realizada no âmbito do caso de estudo brasileiro de referência, recorrendo também a uma formulação por elementos finitos com o programa de cálculo automático Phase2, da Rocscience. Por último, utilizando uma vez mais o programa Slide, definiu-se a geometria de um muro de betão simples cuja geometria garantisse o mesmo valor do fator de segurança à estabilidade global, obtido com o muro de solo-pneus e compararam-se os custos respetivos. O presente trabalho confirmou a eficiência e o baixo custo desta solução construtiva, sendo necessários, no entanto, estudos mais detalhados que reforcem estas conclusões.

Estruturas de Suporte de Terras Executadas Com Pneus. Estudo Paramétrico e Conceção de Protótipo

No presente trabalho descreve-se o estudo realizado no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) com o objetivo de comprovar a viabilidade da utilização de pneus em fim de vida em estruturas de solo reforçado. As estruturas de suporte de terras materializadas com pneus preenchidos com solo são usadas em alguns países, sobretudo em estruturas do tipo gravidade. Investiga-se neste trabalho o seu desempenho em estruturas de solo reforçado. Com a finalidade de prever o comportamento da construção, foi utilizado um software desenvolvido pela empresa Canadiana Rocscience, denominado Phase2. Com este software foi possível fazer uma análise paramétrica da secção transversal do modelo, avaliando os esforços e os deslocamentos que se desenvolvem no interior da estrutura, através da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi efetuada uma campanha de ensaios laboratoriais, realizados com amostras de solo retiradas do local de construção do protótipo, com o intuito de caracterizar os parâmetros do solo A definição destes parâmetros tem como objetivo tornar a simulação o mais fidedigna possível. Estruturas de Suporte de Terras Executadas Com Pneus. Estudo Paramétrico e Conceção de Protótipo Como validação da modelação realizada no programa Phase2, o protótipo será devidamente instrumentado com equipamentos de monitorização; a informação recolhida receberá um tratamento posterior e permitirá a calibração do modelo numérico. No presente trabalho define-se o plano de monitorização a instalar no protótipo.

Sistemas Modulares de Escoramento para Estruturas de Contenção Enterradas

No presente trabalho apresentam-se estudos desenvolvidos com o objetivo de análise, conceção e dimensionamento de sistemas de escoramentos metálicos modulares e reaproveitáveis a usar como alternativa técnica e económica em estruturas de contenção periférica. O sistema concebido aplicouse a um caso concreto de uma escavação urbana executada no centro de Luanda, Angola. O projeto começou a ser estudado tendo em conta os estudos geológicos e geotécnicos do terreno em causa, e posteriormente foi estudada a solução construtiva elaborada. Feito o estudo sobre a obra que se realizou com uma parede moldada e ancoragens pré-esforçadas, foi possível, a partir dai, elaborar estudos com outro tipo de sistemas de apoio. Assim, realizaram-se estudos para sistemas de apoio com escoramento linear; colunas metálicas e por uma treliça. Posteriormente, de forma a completar, complementar e poder comparar toda a pesquisa, foram efetuados mais quatro estudos, sendo os sistemas de apoio constituídos por colunas metálicas e/ou tubos circulares ou retangulares em forma elíptica no terreno do projeto e num terreno em forma de quadrado perfeito. Através dos vários estudos foi possível comparar os resultados e perceber qual será a melhor forma de otimização para futuras obras. Foi gerado um método de escoramento, que é possível ser utilizado tendo em conta as particularidades de cada obra, constituído por perfis metálicos com dimensões standard formando elipses ou círculos, conforme a forma do terreno. De maneira a finalizar este projeto foram estudados vários tipos de ligações, quer entre perfis, quer para os perfis e a parede, como também os perfis e os apoios verticais, caso sejam necessários. Como conclusão, e de forma expedita foi analisado o custo direto que apenas abrange a quantidade de aço utilizada para cada tipo de apoio dimensionado, comparando a escavação do projeto em causa com a escavação quadrada.

Aplicação do FMEA na avaliação de risco de taludes e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra

Ao longo das últimas décadas o município de Amarante tem-se deparado com inúmeros problemas de instabilidade de estruturas de suporte de terras, maioritariamente instabilidade de taludes artificiais, (escavação e/ou aterro) e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra. A unidade técnica de projeto, ou UTP da Câmara Municipal de Amarante tem vindo a elaborar estudos, projetos e adjudicar as obras para repor a normalidade apos a instabilização desses elementos, contudo a frequência de ocorrência destes fenómenos e os recursos necessários para a sua resolução ultrapassam a capacidade desta unidade, levando a que muitos destes casos se arrastem durante anos antes de ser reposta a sua normalidade. Perante este panorama revelou-se necessário efetuar um estudo de forma a listar, avaliar e priorizar os vários casos de instabilidade existentes, para uma eficiente alocação dos recursos disponíveis. Esta análise pretende ainda identificar as principais causas de instabilidade destas estruturas, de forma a eliminar ou mitigar a ocorrência de futuros problemas semelhantes. Para o estudo destes elementos de contenção de terras adotou-se o método de análise de risco conhecido como FMEA, “Failure Modes and Effects Analysis” ou Analise dos Modos de Falha e Efeitos, com as adaptações necessárias de forma a maximizar a confiabilidade das avaliações mediante a especificidade dos casos a avaliar e realidade da instituição.