anÁlise de fadiga em risers rÍgidos considerando variaÇÃo de parÂmetros da interaÇÃo...
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7/26/2019 ANLISE DE FADIGA EM RISERS RGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
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COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ
ANLISE DE FADIGA EMRISERSRGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE
PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
Heric Dutra Geaquinto
Dissertao de Mestrado apresentada ao
Programa de Ps-graduao em Engenharia
Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios
obteno do ttulo de Mestre em Engenharia
Civil.
Orientadores: Lus Volnei Sudati SagriloMarcos Queija de Siqueira
Rio de Janeiro
Setembro de 2008
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ANLISE DE FADIGA EMRISERSRGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE
PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
Heric Dutra Geaquinto
DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE ENGENHARIA
(COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE
DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE
EM CINCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
SETEMBRO DE 2008
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Geaquinto, Heric Dutra
Anlise de Fadiga em RisersRgidos Considerando a
Variao de Parmetros da Interao Solo Estrutura e
Trincheiras/ Heric Dutra Geaquinto. Rio de Janeiro:
UFRJ/COPPE, 2008.
XVII, 81 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Lus Volnei Sudati Sagrilo, Marcos
Queija de Siqueira.
Dissertao (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa de
Engenharia Civil, 2008.Referncias Bibliogrficas: p. 74-78.
1. Riser. 2. Solo. 3. Trincheira. 4. Fadiga. I. Sagrilo,
Lus Volnei Sudati, et al. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III.
Titulo.
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Nunca, jamais desanimeis, embora
venham ventos contrrios...
Santa Paulina.
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DEDICATRIA
Com carinho aos meus pais Luiz e Helena
e irmos Heron, Helder e Helton.
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeo a Deus pela oportunidade de ter chegado at aqui.
Algumas pessoas tiveram muita importncia para mim ao longo da realizaodesse trabalho, por isso, agradeo:
- Aos meus pais Luiz Augusto Geaquinto e Helena Maria Dutra Geaquinto pelo
exemplo de carter, carinho, educao transmitidos a mim ao longo da vida. Obrigado!
- Ao meu tio Sebastio Fiorett e tia Mary por todo apoio e ajuda que tive quando
cheguei ao Rio.
- Aos meus amigos Rodrigo Pena, Rmulo e Fred pela grande amizade e
companheirismo que foram fundamentais para mim durante esse perodo de mestrado.
- Ao Professor Sagrilo, antes de tudo pela amizade e tambm pela oportunidade
de trabalhar no LACEO, pela imensa contribuio e paciente ajuda na realizao deste
trabalho.
- Ao Professor Marcos Queija pelos ensinamentos passados a mim a respeito de
anlise de riserse pela fundamental contribuio para a realizao deste trabalho.
- Ao Professor Gilberto Ellwanger por todo aprendizado e imenso conhecimento
transmitido durante as aulas.
- Aos colegas de mestrado Aline Nacif, Sandro, Fernando Loureiro pela ajuda e
estudo ao longo das disciplinas e aos colegas do LACEO Fernando Mendes, Cristiano,
Thiago, Ricardo Pereira e Felipe Bazn pela paciente e imediata ajuda em todos os
momentos. E tambm aos colegas Bruno Menechini e Luciene pela grande amizade.
- Aos colegas Flvio e Nordino pela pacincia nos ltimos meses.
- Aos amigos Luiz Eduardo Carneiro e Taisa pelos timos momentos
proporcionados a mim e Milena.
- minha namorada Milena, pelo amor, carinho, dedicao, pacincia e, acima
de tudo, compreenso e incentivo durante todos os momentos.
- CAPES, pelo apoio financeiro.
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Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)
ANLISE DE FADIGA EMRISERSRGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE
PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
Heric Dutra Geaquinto
Setembro/2008
Orientadores: Lus Volnei Sudati Sagrilo
Marcos Queija de Siqueira
Programa: Engenharia Civil
Nos ltimos anos, a indstria do petrleo tem investido muito em novas
tecnologias para viabilizao da explotao e produo de leo em lminas dgua cada
vez mais profundas. Os risersrgidos tm se mostrado como uma soluo vivel e que
atendem as exigncias de normas de projeto internacionais tanto para tenses extremas
bem como com relao aos critrios de vida fadiga. Porm, um dos grandes desafios
em um projeto de um SCR garantir que os critrios apropriados de dano fadiga
sejam assegurados, particularmente na regio do TDP (Touch Down Point) onde estes
danos normalmente tendem a ser maiores do que outras regies do riser.
A geometria do fundo marinho e a rigidez do solo de contato com o riser tm
grande influncia nas tenses na regio do TDP e, conseqentemente, nos aspectos
relativos aos danos fadiga nessa regio. A presena de uma trincheira nessa regio
normalmente contribui para que as variaes de tenso que causam danos estrutura
sejam mais bem distribudas ao longo do TDP, amenizando os picos que ocorrem e,
conseqentemente, ocasionando danos menores nesta regio. Quanto maior a rigidez do
solo, maior o dano fadiga na regio do TDP.
Neste trabalho, investiga-se numericamente a influncia da modelagem de
trincheiras e de rigidezes diferentes do solo marinho na vida fadiga na regio do TDPde um SCR.
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Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
PARAMETRIC SOIL-STRUCTURE INTERACTION ANALYSES CONSIDERINGTRENCHING IN RIGID RISERS FATIGUE LIFE
Heric Dutra Geaquinto
September/2008
Advisors: Lus Volnei Sudati Sagrilo
Marcos Queija de Siqueira
Department: Civil Engineering
In these last years, the oil industry has invested in new technologies in order to
exploit and produce oil in deeper waters. The rigid risers have been a good alternative
since they usually are able to attend all design criteria concerning extreme stresses andfatigue life as well. However, one of the major challenges in the design, for instance, of
a steel catenary riser (SCR) is to satisfy the fatigue design criterium, mainly in the
region of the touch down point (TDP), where the fatigue damage is normally greater.
The sea bottom geometry and soil stiffness have a sensible influence on the riser
stresses in the TDP region. As a consequence, they also have an influence on the fatigue
damage. A trench in the TDP region usually leads to a stress distribution in this region
which is normally favorable for the fatigue damage. The stiffer is the soil, the greater is
the fatigue damage in the TDP zone.
This work investigates numerically the influence of including trenches in the
fatigue analysis of SCRs. It also evaluates the influence of the vertical soil stiffness on
the fatigue life of a SCR in the TDP zone.
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NDICE
1. INTRODUO.................................................................................................................... 1
1.1 MOTIVAO DO TRABALHO ................................................................................................ 1
1.2 ORGANIZAO DO TEXTO ................................................................................................... 2
2. CONCEITOS BSICOS INTERAO SOLO-RISER ............................................... 4
2.1 PRINCIPAIS EFEITOS DO SOLO SOBRE RISERS EM CATENRIA ........................................... 4
2.1.1 AIMPORTNCIA DA INTERAORISER-SOLO NO PROJETO DE UM SCR.......................... 52.1.2 OBSERVAES DE CAMPO ................................................................................................ 7
2.2 PRINCIPAIS MECANISMOS DE INTERAORISER-SOLO MARINHO...................................... 9
2.2.1 OEFEITO DOS MOVIMENTOS DO RISER NO SOLO MARINHO ............................................ 9
2.2.2 OEFEITO DA GUA NO SOLO MARINHO .......................................................................... 9
2.2.3 OEFEITO DO SOLO MARINHO NO RISER........................................................................... 9
2.2.4 EFEITO DE CARREGAMENTO CCLICO............................................................................. 10
2.3 MODELAGEM E ANLISE DA INTERAO SOLO-RISER...................................................... 11
2.3.1 CURVAS DE RESPOSTA DO SOLO..................................................................................... 112.3.2 CURVAS P-Y OU DE REAO VERTICAL ......................................................................... 12
2.3.3 MOLAS DE REAO DO SOLO ......................................................................................... 13
2.3.4 ASPECTOS ADICIONAIS SOBRE A MODELAGEM DO FUNDO MARINHO NO ANFLEX ....... 18
2.3.5 MODELAGEM DA FORMA DE UMA TRINCHEIRA.............................................................. 21
3. ANLISE DE FADIGA .................................................................................................... 24
3.1 CARREGAMENTOS DE FADIGACICLOS DE TENSO ........................................................ 25
3.1.1 AMPLITUDE CONSTANTE ................................................................................................ 26
3.1.2 AMPLITUDE VARIVEL ................................................................................................... 27
3.2 CURVAS S-N ...................................................................................................................... 28
3.3 CLCULO DO DANO CUMULATIVOREGRA DE MINER.................................................... 31
3.4 CARREGAMENTOS AMBIENTAIS ........................................................................................ 33
3.5 ANLISE DINMICA ALEATRIA GLOBAL ........................................................................ 36
3.6 CLCULO DAS TENSES PARA ANLISE DE FADIGA ......................................................... 37
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4. MODELAGEM DE TRINCHEIRA NA ANLISE DE FADIGA DE UM SCR......... 40
4.1 OMODELO ESTRUTURAL DO SCR..................................................................................... 40
4.2 CASOS DE CARREGAMENTO UTILIZADOS NAS ANLISES.................................................. 43
4.2.1 PARMETROS UTILIZADOS NA MODELAGEM DO SOLO MARINHO. ................................ 444.3 DEFINIO E VALIDAO DO MODELO DE TRINCHEIRA................................................... 46
5. ANLISES E RESULTADOS.......................................................................................... 52
5.1 ANLISE DE FADIGA SEM CONSIDERAR TRINCHEIRA........................................................ 52
5.2 ANLISE DE FADIGA CONSIDERANDO TRINCHEIRA .......................................................... 55
5.3 ANLISE DE FADIGA COM TRINCHEIRA E OFFSETS ESTTICOS FIXOS.............................. 62
6. CONCLUSES E SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................... 71
7. REFERNCIAS................................................................................................................. 74
ANEXO - A .................................................................................................................... 79
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LISTA DE FIGURAS
Figura 2-1 Contribuio do dano fadiga no TDP de um SCR [1] .................. 6
Figura 2-2 Exemplo de curva P-y de interao entre o solo e o riser (condies
extremas) extrada de [11]. ............................................................................................. 12
Figura 2-3 Molas elasto-plsticas no lineares: (a) axial; (b) lateral (x
coeficiente de atrito axial; y-coeficiente de atrito lateral, dx - deslocamento de
mobilizao axial; dy- deslocamento de mobilizao lateral, kx-rigidez axial, ky-rigidez
lateral)............................................................................................................................. 15
Figura 2-4 Comportamento do tubo apenas apoiado ou semi-enterrado......... 16
Figura 2-5 Mola de reao vertical.................................................................. 16
Figura 2-6 Molas disponveis no ANFLEX..................................................... 17
Figura 2-7 Mola no-linear elstica para reao vertical................................. 17
Figura 2-8 Rigidez vertical do solo. (a) modelo com suco e (b) idealizao
sem suco para o ANFLEX. ......................................................................................... 19
Figura 2-9 Exemplo de trincheira.................................................................... 20
Figura 2-10 Curvas fora vs. deslocamento: (a) com gap, (b) sem gap. ......... 20
Figura 2-11 Perfil de um SCR de exportao de gs no Campo de Allegheny,
Golfo do Mxico sete meses aps sua instalao. Extrado de [16]............................... 22
Figura 2-12 Trincheira na regio do TDP sete meses aps a instalao do SCR.
. Figuras extradas de [16]. ............................................................................................. 23
Figura 3-1 - Carregamento com amplitude constante......................................... 26
Figura 3-2 - Esquema ilustrativo da utilizao do mtodo Rain-Flow [27]. ...... 28
Figura 3-3 Exemplo de curva S-N tpica sem proteo catdica extrada de
[26]. ................................................................................................................................ 30
Figura 3-4 Exemplo de curva S-N tpica com proteo catdica extrada de
[26]. ................................................................................................................................ 30
Figura 3-5 Elevao do mar (ondas) com forma irregular. ............................. 34
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Figura 3-6 - Disposio dos pontos em torno da seo transversal.................... 38
Figura 4-1 - Viso geral do modelo de SCR em elementos finitos. ................... 41
Figura 4-2 Aplicao do carregamento ambiental sobre o sistema riser-
flutante. ........................................................................................................................... 44
Figura 4-3 Definio dos parmetros de profundidade da trincheira. ............. 48
Figura 4-4 Offsets aplicados ao SCR para definio do comprimento da
trincheira (Escala vertical ampliada).............................................................................. 48
Figura 4-5 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade de
trincheira 1D, D = 0.211m). ........................................................................................... 49
Figura 4-6 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade de
trincheira 2D, D = 0.211m). ........................................................................................... 49
Figura 4-7 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade de
trincheira 3D, D = 0.211m). ........................................................................................... 50
Figura 4-8 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade de
trincheira 4D, D = 0.211m). ........................................................................................... 50
Figura 4-9 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade detrincheira 5D, D = 0.211m). ........................................................................................... 51
Figura 5-1 Modelo sem presena de trincheira. Valores de vida fadiga ao
longo do riserem funo variao da rigidez vertical do solo marinho. ....................... 53
Figura 5-2 Modelo sem presena de trincheira. Valores de vida fadiga na
regio do TDP em funo variao da rigidez vertical do solo marinho. ...................... 53
Figura 5-3 Modelo sem presena de trincheira. Valores de vida fadiga na
regio do topo do SCR em funo da variao rigidez vertical do solo marinho. ......... 54
Figura 5-4 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do riser
em funo da profundidade da trincheira. Rigidez do solo: Kv = 3972 kN/m.............. 56
Figura 5-5 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo: Kv = 3972 kN/m. .... 56
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Figura 5-6 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do riser em funo da profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo. Kv = 3972
kN/m.............................................................................................................................. 57
Figura 5-7 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do SCRem funo profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo: Kv = 1478 kN/m. .... 57
Figura 5-8 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo da profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo. Kv = 1478 kN/m. 58
Figura 5-9 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do SCR em funo da profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo. Kv = 1478
kN/m.............................................................................................................................. 58
Figura 5-10 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga em funo da
profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo: Kv = 315 kN/m. ........................ 59
Figura 5-11 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo da profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo: Kv = 315 kN/m... 59
Figura 5-12 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do riserem funo da profundidade da trincheira. Rigidez vertical do solo: Kv = 315
kN/m.............................................................................................................................. 60
Figura 5-13 Grfico comparativo dos valores mnimos de vida til na regio do
TDP................................................................................................................................. 60
Figura 5-14 Modelo sem trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do SCR
em funo da rigidez vertical do solo marinho (offsetsestticos iguais). ...................... 63
Figura 5-15 Modelo sem presena de trincheira. Valores de vida fadiga na
regio do TDP em funo da rigidez vertical do solo marinho (offsetsestticos iguais).
........................................................................................................................................ 63
Figura 5-16 Modelo sem trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do riserem funo da rigidez vertical do solo marinho (offsetsestticos iguais).......... 64
Figura 5-17 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do SCR
em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 3972 kN/m).............. 65
Figura 5-18 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 3972 kN/m).............. 65
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Figura 5-19 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do
topod o SCR em funo da profundidade da trincheira (offsets iguais e Kv = 3972
kN/m)............................................................................................................................. 66
Figura 5-20 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do SCRem funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 1478 kN/m).............. 66
Figura 5-21 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 1478 kN/m).............. 67
Figura 5-22 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do SCR em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 1478 kN/m).67
Figura 5-23 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga ao longo do SCR
em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 315 kN/m)................ 68
Figura 5-24 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do TDP
em funo da profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 315 kN/m)................ 68
Figura 5-25 Modelo com trincheira. Valores de vida fadiga na regio do topo
do SCR em funo profundidade da trincheira (offsetsiguais e Kv = 315 kN/m)....... 69
Figura 5-26 Grfico comparativo dos valores mnimos de vida til na regio do
TDP. (Offset esttico igual para todos os estados de mar)............................................. 70
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Discretizao da malha de elementos finitos do riser....................... 42
Tabela 2 Propriedades fsicas, geomtricas e hidrodinmicas do SCR. .......... 42
Tabela 3 Propriedades da Stressjoint............................................................... 42
Tabela 4 Propriedades da Flex-Joint................................................................ 43
Tabela 5 Estados de mar utilizados nas anlises de fadiga.............................. 43
Tabela 6 Parmetros de solo utilizados nas anlises ....................................... 45
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SIMBOLOGIA
SCR Steel Catenary Riser;
TDP Touch Down Point;
TDZ Touch Down Zone;
VIV Vortex Induced Vibration;
VIM Vortex Induced Motions;
ROV Remote Operated Vehicle;
D Dimetro Externo do riser;
S Ciclo de tenses;
amp Amplitude do Sinal de Tenses;
md Tenso Mdia;
mx Tenso Mxima;
mn Tenso Mnima;
N Fora normal;
N Nmero de ciclos que levam o material ruptura por fadiga para um
determinado ciclo de tenses.
- Tenso de clculo;
SCF Stress Concentration Factor (Fator de concentrao de tenses);
nom Tenso cclica nominal de clculo;
D Dano provocado por um ciclo de tenso sobre a estrutura por ciclo decarregamento;
DT Somatrio total do dano (Regra de Miner);
Vu Vida til;
L0 Tempo relativo contagem do nmero total de ciclos de tenso do
histograma;
Hs Altura Significativa de Onda;
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Hi Altura de cada onda individual identificada no registro;
Tz Perodo de Cruzamento Zero;
Ti Perodo de cada onda individual identificada no registro;
Tp Perodo de Pico;
S() Funo de densidade espectral de Pierson-Moskowitz de dois
parmetros;
freqncia em Hertz (Hz);
S(f) Funo de densidade espectral de JONSWAP;
f freqncia em Hertz (Hz);
Parmetro de forma do espectro de JONSWAP;
Parmetro de largura do espectro de JONSWAP;
Sr() Espectro de movimento da unidade flutuante;
RAO Response Amplitude Operator;
Pmx Profundidade mxima da trincheira;
CM coeficiente de inrcia de Morison;
CD Coeficiente de Arrasto.
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11.. IINNTTRROODDUUOO
1.1 Motivao do Trabalho
Steel catenary risers (SCRs) tm sido utilizados com freqncia nos ltimos
anos como uma alternativa tecnolgica para produo de leo e gs em guas profundas
e ultra-profundas. Os SCRs so bastantes atrativos devido ao baixo custo do material
base, significativa capacidade de resistncia estrutural e, por conseguir atender s
exigncias de projeto com relao vida fadiga e condies extremas para diversos
tipos de flutuantes.
Um dos grandes desafios num projeto de SCR garantir que os critrios de dano fadiga sejam atendidos, particularmente na regio do TDP (Touch down Point), ponto
em que o riser toca o solo e onde os danos tendem a ser maiores. Com a crescente
demanda de explotao em guas cada vez mais profundas e em locaes com
condies ambientais mais severas fadiga, o potencial do SCR em satisfazer os
critrios de dimensionamento fadiga pode ser comprometido, ou mesmo inviabilizado,
se forem usados mtodos muito conservadores de anlise. Sob estas circunstncias,
desejvel melhorar tais mtodos para esclarecer todos os fatores que controlam a fadiga
do SCR e evitar o conservadorismo excessivo.
Tradicionalmente, a anlise de SCRs fadiga feita utilizando-se modelos
numricos baseados no mtodo dos elementos finitos em que se utiliza um modelo de
solo plano que extremamente rgido ou rgido-elstico representado por molas. Esses
modelos de solo normalmente no levam em conta os efeitos de uma trincheira que
escavada pelo SCR na regio do TDP, devido aos movimentos dinmicos impostos na
linha pelo flutuante.
O dano fadiga na regio do TDP depende principalmente da amplitude e
freqncia dos momentos fletores ao longo do SCR [2, 3]. Trincheiras podem ajudar a
aumentar a vida fadiga do SCR porque a amplitude de variao dos momentos fletores
na regio do TDP de um riser que est dentro de uma delas normalmente menor que a
de um riser que est sob um solo plano. Conseqentemente, as tcnicas utilizadas
atualmente para se modelar o solo marinho tendem a ocasionar estimativas
conservadoras do dano fadiga. Este conservadorismo pode, inicialmente, ser
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considerado como desejvel, mas isto pode, na verdade, comprometer o
dimensionamento de um riser, como mencionado anteriormente.
Portanto, extremamente necessrio que o efeito da presena de uma trincheira
seja levado em conta para que se tenham melhorias nas estimativas de vida fadiga.Esta considerao do efeito da trincheira no modelo do solo marinho especialmente
importante onde os mtodos convencionais de anlise de fadiga indicam que os valores
de vida fadiga de um SCR esto muito prximos do limite aceitvel ou no atende a
critrios de normas de projeto.
Por outro lado, ainda de acordo com [3], h uma grande necessidade de
informaes e compreenso dos conceitos envolvidos na modelagem de uma trincheira,
o que motivou o estudo desenvolvido nessa dissertao. O estudo realizado nestetrabalho busca extrair conhecimento sobre a influncia da modelagem de trincheiras na
regio do TDP com relao vida fadiga de um SCR.
Para isto, foram analisados modelos em elementos finitos, utilizando-se o
programa ANFLEX [4], para a simulao do efeito de trincheira e da mudana de
rigidez vertical do solo na regio do TDP de um SCR, buscando-se um melhor
entendimento de tais aspectos sobre a vida fadiga. As anlises de fadiga propriamente
ditas foram realizadas com a ajuda do programa POSFAL [5].
1.2 Organizao do Texto
O texto dessa dissertao est estruturado em captulos, apresentados na
seqncia descrita a seguir.
O Captulo 2 descreve os principais aspectos da interao solo-riserassim comosua importncia no projeto e anlise de risers rgidos, sua influncia na avaliao do
dano fadiga e, conseqentemente, no clculo da vida til. So apresentados os
conceitos de TDP e TDZ e enfatiza-se a importncia de cada um dos mecanismos de
interao solo-riser na anlise de fadiga de um SCR. Destaca-se principalmente a
importncia da geometria local na regio do TDP e de parmetros de rigidez do solo na
avaliao da vida til de um SCR. A seguir, apresentada a modelagem da reao do
solo atravs de molas com a descrio mais detalhada do funcionamento das mesmas no
programa de anlise global utilizado no trabalho (ANFLEX [4]).
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No Captulo 3, so apresentados os aspectos relativos anlise de fadiga,
contemplando o conceito de fadiga, seguido de suas formas bsicas de ocorrncia, tipos
de carregamento mais comuns que ocasionam a fadiga, a contagem dos ciclos de tenso,
destacando-se o mtodo Rain-Flow [27], utilizado neste trabalho. Em seguida, comenta-
se sobre os conceitos de Curvas S-N e o clculo do dano cumulativo atravs da Regra de
Miner. Tambm so descritos os principais tipos de parmetros ambientais que tem
influncia na vida fadiga de uma estrutura offshore. Por fim, descrito de forma
sucinta como so geradas as sries temporais de esforos para a anlise de fadiga
atravs de uma anlise dinmica aleatria global e como esses dados so tratados pelo
programa utilizado nas anlises de fadiga deste trabalho (POSFAL [5]).
O Captulo 4 apresenta os dados do modelo de elementos finitos de um SCRutilizado nas anlises paramtricas dessa dissertao, assim como os valores dos
parmetros ambientais considerados. Em seguida, detalhado todo o procedimento para
a obteno dos perfis de trincheira utilizados nas anlises, assim como a verificao do
encaixe do riserdentro da mesma nas situaes desejadas.
No Captulo 5, so apresentados e comentados todos os resultados das anlises
paramtricas de fadiga em forma de grficos, destacando-se nos resultados a influncia
de uma trincheira e da rigidez do solo nas regies do TDP e do topo, que so as maiscrticas em relao ao dano fadiga ao longo de um SCR.
Finalmente, o Captulo 6 apresenta as concluses finais sobre as anlises
realizadas neste trabalho e so propostas algumas sugestes para desenvolvimento em
trabalhos futuros.
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22.. CCOONNCCEEIITTOOSS BBSSIICCOOSS IINNTTEERRAAOO
SSOOLLOO--RRIISSEERR
Neste captulo, inicialmente, so introduzidos os conceitos bsicos associados
aos principais temas tratados nesta dissertao.
2.1 Principais Efeitos Do Solo Sobre Risers Em Catenria
O uso de risers em catenria simples para explotao de petrleo em guas
profundas vem se tornando mais popular ao redor do mundo, com risersj instalados na
Bacia de Campos e no Golfo do Mxico.
O conceito de risers em catenria naturalmente simples e , geralmente,
associado a uma extenso de um flowline ou de um pipeline. No entanto, movimentos
dinmicos impostos a um riser pelas unidades flutuantes e carregamentos
hidrodinmicos o levam a um comportamento estrutural mais complexo quando
comparado com flowlines e pipelines. Estes aspectos fazem com que sejam necessrias
sofisticadas ferramentas numricas para ajudar no desenvolvimento do projeto, emparticular na estimativa de esforos extremos e da vida fadiga. Deve-se observar, para
o caso de SCRs que a fadiga tambm pode ser causada por vibraes induzidas por
vrtices (VIV).
Os atuais avanos na tecnologia de risers em catenria tm focado no melhor
entendimento diversos pontos crticos, um dos quais a interao do TDP (touch down
region) com o solo marinho e suas conseqncias no comportamento estrutural de um
riser.
De acordo com [6], estudos mostram que as tenses resultantes em um risere,
conseqentemente na sua vida fadiga, so influenciadas pela rigidez do solo marinho e
pela sua geometria local na regio do TDP. Devido s potenciais implicaes em
projetos, principalmente de SCRs, a indstria vem investindo e investigando essa
interao solo-risermais detalhadamente. Algumas iniciativas, incluindo programas de
testes em pequena e grande escala, foram realizadas no JIP STRIDE [7] e JIP
CARISIMA [8].
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2.1.1 A Importncia da InteraoRiser-Solo no Projeto de um SCR
O projeto estrutural de um SCR um processo iterativo, o qual geralmente
conduzido da seguinte maneira:
Definio das propriedades e caractersticas fsicas e geomtricas doriser;
Anlises de condies extremas e;
Anlise de fadiga.
Um dimensionamento preliminar na espessura da parede do riser pode ser feito
usando-se uma norma de projeto que considera presses internas e externas, colapso
hidrosttico e propagante. Anlises globais preliminares so ento realizadas usando-se
um programa de elementos finitos para que se possa levar em considerao o complexocomportamento no-linear dinmico de um SCR.
A partir de uma matriz de carregamentos que considera combinaes de
correntes, ondas, movimentos das embarcaes, fluidos internos, presses em operao,
devidamente assegurados para todos os casos de carregamento. As respostas obtidas
aps o processamento do riser sob as condies de carregamento devem estar dentro dos
limites de segurana especificados por uma norma de projeto. Aps a anlise preliminar,
normal tentar uma otimizao da configurao inicial. As alteraes mais comuns a
serem feitas nessa etapa so: a alterao na espessura da parede do riser, mudana no
valor do ngulo de topo e tipo de material a ser considerado.
Aps todos os parmetros acima citados serem atendidos e as respostas extremas
do riser estarem dentro dos parmetros de segurana estipulados pela norma adotada,
deve ser efetuada uma avaliao criteriosa sobre fadiga do mesmo. A melhor indicao
para este tipo de anlise que ela seja realizada no domnio do tempo para que se
possam levar em conta os efeitos das no-linearidades que, por sua vez, consideram
aspectos importantes da interao com o solo marinho, da posio atualizada da
geometria e dos carregamentos ambientais. Alm do dano de fadiga de primeira ordem,
existem danos devidos aos movimentos de segunda ordem do flutuante, s VIV
(Vibraes Induzidas por Vrtices) e ao VIM (movimento do flutuante induzido por
vrtices) devendo todos eles ser tambm quantificados e verificados. A estes danos,
deve-se somar o dano acumulado no transporte e fabricao.
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importante salientar que esses danos so apenas uma porcentagem do dano
total que ocorre na estrutura de um SCR, em especial na regio do TDP. A figura a
seguir mostra a contribuio desses e outros fatores para o dano fadiga na regio do
TDP em um SCR.
VIV, 20%
ONDA, 21%
VIM, 24%
Heave VIV, 11%
Instalao, 5%
Margem Restante
para uma vida til de
20 anos, 19%
Figura 2-1 Contribuio do dano fadiga no TDP de um SCR [1]
Quando um riser est sendo analisado sob certa condio de carregamento
ambiental, existem regies do mesmo onde os esforos e tenses so maiores e maissignificativas. Estas regies de interesse particular so, normalmente, o TDP (touch
down point) e o topo, ou ponto de conexo com a embarcao. Como conseqncia,
estes so os principais pontos de ocorrncia de fadiga e, tambm so os locais onde
ocorrem os maiores momentos fletores e cargas de trao, respectivamente. O TDP
definido como sendo o ponto onde o riser toca o solo marinho.
Tendo-se estabelecido que, o TDP um ponto crtico para o projeto de um SCR,
deve-se notar que o mesmo no um nico ponto no riser. O TDP ir se mover
constantemente com o tempo, refletindo os movimentos da embarcao e do prprio
riser. Portanto, o termo Touch Down Zone (TDZ) mais coerente de ser utilizado.
Os mtodos atuais de anlise fazem uso de um modelo rgido ou elstico-linear
para representar a reao vertical do solo marinho sobre um riser. Alm disso, molas de
frico/atrito so utilizadas nas direes axial e lateral do riser.
O dano fadiga afetado pela rigidez do solo. O uso de um solo marinho mais
rgido gera um dano fadiga bem mais elevado na TDZ se comparado com um solo
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marinho com rigidez menor. As tenses resultantes de anlises de extremos no so
particularmente sensveis rigidez do solo, mas so mais influenciadas pelos
coeficientes de frico lateral quando as cargas de corrente e onda esto na direo
transversal ao eixo longitudinal do riser [6].
H vrias incertezas acerca da interao riser-solo na medida em que
observaes feitas in locode um SCR no Golfo do Mxico [6], mostraram profundas
trincheiras, de faces bastante ngremes, na TDZ. Estas trincheiras usualmente no so
modeladas nas anlises de risers. Outros fatores potenciais que podem influenciar no
incremento de tenses em um riser, tais como foras de suco do solo e resistncia
lateral das paredes da trincheira, tambm no so levadas em conta em uma anlise de
projeto de um riser. Portanto, faz-se necessrio o desenvolvimento e melhoramento demodelos e tcnicas que representem esses parmetros.
Os tpicos apresentados a seguir ilustram melhor a importncia desses
parmetros.
2.1.2 Observaes de Campo
Observaes de risers rgidos e flexveis em operao feitas por ROVs [6],mostram trincheiras profundas no solo marinho que vo bem alm da regio do TDP.
Decorridos poucos meses depois de instalados os risers, as trincheiras tinham de quatro
a cinco dimetros de profundidade e de trs a quatro dimetros de largura, tambm com
certa quantidade de solo depositada sobre o riser entrincheirado.
As trincheiras tm seu perfil traado sobre a TDZ, tanto na profundidade quanto
na largura. Evidncias mostradas em vdeos sugerem que a parte mais profunda e a mais
larga da trincheira tende a ser na posio do TDP correspondente ao offset estticomdio do flutuante, onde os movimentos mais freqentes do riserocorrem. Depois do
TDP nominal, em direo ncora, o perfil da trincheira torna-se mais raso e estreito.
difcil prever como ser o perfil da trincheira e a razo a que a mesma se
desenvolve, na medida em que ambos dependem da amplitude e da freqncia dos
movimentos do riser no TDP que, por sua vez, dependem dos carregamentos
ambientais, dos movimentos da embarcao e das prprias caractersticas do solo no
leito marinho. No entanto, a TDZ pode ser mapeada mediante anlises que mostram a
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movimentao do TDP dentro da TDZ, podendo assim definir, aproximadamente, seus
limites.
Estudos mostram que durante toda a vida em servio de um riser,
aproximadamente 97% dos movimentos se concentram em uma longa e estreita faixacentralizada prximo ao TDP nominal e na direo do eixo longitudinal do riser[7]. O
mapeamento do TDP utilizado na definio dos limites da TDZ e identifica as sees
do riser que se movem com mais freqncia, de tal forma que, o solo dentro desta regio
est sempre sendo remodelado [6].
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2.2 Principais Mecanismos de InteraoRiser-Solo Marinho
Os mecanismos de interao entre o riser e o solo marinho podem ser
subdivididos em quatro categorias [6]:
2.2.1 O Efeito dos Movimentos do Riser no Solo Marinho
O resultado deste mecanismo a degradao do solo, resultando numa
deformao plstica e no enterramento do riser. Isso causado por movimentos
predominantemente verticais do riser, alguns dos quais podem estar associados tambm
a movimentos laterais.
2.2.2 O Efeito da gua no Solo Marinho
Os movimentos de um riser para dentro e para fora de uma depresso ou
trincheira no solo marinho produz um mecanismo chamado pumping, que o
bombeamento da gua prxima ao solo na regio do TDP.
O fluxo de gua resultante deste mecanismo chamado pumping age de forma aexpulsar todo o solo degradado pelo impacto do risere promovendo o transporte efetivo
dos sedimentos para fora da depresso no solo marinho. Deste modo, uma depresso
inicial pode-se transformar em uma trincheira [6].
2.2.3 O Efeito do Solo Marinho no Riser
O solo marinho exerce uma complexa resistncia aos movimentos do risernasdirees vertical, lateral e longitudinal.
A resistncia vertical do solo pode ser subdividida em resistncia penetrao
descendente e resistncia ascendente. No ciclo descendente, o solo apresenta
comportamento elstico para as tenses que so causadas por uma pequena penetrao
inicial, que benfica vida da fatiga do riser na TDZ [6]. Durante o ciclo ascendente,
o riserpode ser submetido a foras de suco do solo, caso este seja, por exemplo, uma
argila mole aderida que adere facilmente ao tubo. O fenmeno de suco anlogo
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situao de algum ficar por certo perodo de tempo com as botas dentro de uma argila
bastante pegajosa, neste caso uma considervel fora de trao se faz necessria para
que se possa vencer a fora de suco desenvolvida pela argila em contato com a bota.
Adicionalmente, todo peso de solo que volta para a trincheira devido ao da gua ou
do prprio movimento do riser, faz com que aumente a resistncia ao movimento
ascendente do riser.
A resistncia lateral consiste na soma, simultnea ou no, da parcela de frico
entre o risere o solo marinho, da parcela de resistncia passiva do solo e da parcela
cisalhante do solo, a qual ocorre quando o riser se move lateralmente para fora de uma
depresso ou contra a parede de uma trincheira. Pode-se considerar como exemplo, o
caso do TDP de um riserque tem metade de seu dimetro embutido no fundo de umatrincheira em uma argila muito mole com cinco dimetros de profundidade e trs
dimetros de largura. Com a possibilidade de ocorrer um grande offset lateral, o TDP
tender a se mover para fora da trincheira, inicialmente mobilizando a resistncia ao
atrito do solo combinada com a sua resistncia passiva. medida que o riserse desloca,
ele est sujeito apenas resistncia ao atrito at que ele venha a impactar com a lateral
da trincheira. A sada do riser da trincheira depende da fora que ele transmite em
conjunto com a resistncia cisalhante passiva da parede da trincheira.
A resistncia axial , normalmente, apenas de carter friccional e pode ser
levada em conta em ferramentas computacionais para anlise de risers atravs da
considerao de molas associadas a coeficientes de frico.
2.2.4 Efeito de Carregamento Cclico
Carregamentos cclicos esto presentes na maior parte dos problemas de
geotecnia marinha, especialmente naqueles em que os carregamentos de onda atuam em
estruturas que esto interagindo diretamente com o solo marinho.
Para anlise de estruturas em contato com o solo, impondo-lhes carregamentos
cclicos, necessrio levar em considerao a significativa mudana de comportamento
de solos sob a ao de carregamentos cclicos ou sob diferentes nveis de tenses ao
longo do tempo. Muitos dos trabalhos a respeito de carregamentos cclicos aplicados a
solos tm como referncia o problema da liquefao da areia [9]. No entanto, estudos
sobre a influncia de carregamentos cclicos em solos argilosos [9] revelam que, em
vrios aspectos, estes tm comportamento similar s areias e, conseqentemente,
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possvel tratar o problema da resposta ao carregamento cclico de solos, para o caso da
argila, de uma maneira similar areia.
2.3 Modelagem e Anlise da Interao Solo-Riser
Uma avaliao deve ser feita com relao a cada um dos mecanismos descritos
anteriormente na anlise e projeto de um SCR. Evidncias em vdeo [6] indicam que a
formao de trincheiras em argila mole inevitvel numa situao na qual um SCR est
conectado a uma unidade flutuante.
Os mecanismos envolvidos na formao de uma trincheira so resultantes da
combinao da deformao plstica do solo e da ao de bombeamento e deslocamento
do solo pela gua em torno do riser. A interao entre esses mecanismos e a natureza
aleatria dos movimentos do riser ao longo da TDZ torna muito difcil a previso
precisa da forma do perfil de uma trincheira. Como conseqncia, as dimenses
adotadas para profundidade e largura da trincheira ao longo da TDZ devem ser feitas
com base na trincheira mais profunda observada na inspeo de um ROV e de
suposies conservadoras da resistncia do solo [6].
Melhorias na modelagem da capacidade resistente do solo nas direes lateral,
axial e vertical so possveis atravs do uso de elementos de mola adequados numprograma de elementos finitos. Baseados na teoria da capacidade de carga de fundaes
[20, 21] e em estudos de interao solo-riser [10], dados experimentais do solo
permitem uma anlise da penetrao do duto no solo levando a uma significativa
melhoria na modelagem da rigidez vertical e na representao das resistncias lateral e
axial de um riserenterrado ou dentro de uma trincheira formada no solo marinho.
As maiores incertezas nas respostas de anlises so as que envolvem o fenmeno
de suco, no entanto, vrios testes em pequena escala j foram realizados pelo JIPCARISIMA [8].
2.3.1 Curvas de Resposta do Solo
A reao do solo ou a interao solo-riser pode ser modelada atravs do
emprego de molas ou, de forma figurada, de um colcho de molas, num modelo de
elementos finitos para anlise estrutural. O carregamento cclico e as deformaesplsticas dos solos tornam irreal a representao da resposta do solo sobre um elemento
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do riser atravs de um nico modelo de mola de sustentao, o qual aplicado em todo
o tempo de anlise. A funo que representa a forma de atuar da mola pode mudar
completamente com o tempo passando de uma curva de resposta virgem a uma curva de
resposta degradada.
Uma curva de resposta do solo virgem pode ser tratada como uma backbone
curve, a qual servir de parmetro de resposta servindo como uma curva limite para
subseqentes curvas de resposta do sistema solo-riser. Reciprocamente, a curva de
resposta do sistema solo-riserpode ser considerada como um caminho de carga limitado
pela backbone curve [6].
2.3.2 Curvas P-y ou de Reao Vertical
O programa utilizado nas anlises deste trabalho - ANFLEX [4] -, assim como a
maioria dos programas utilizados atualmente para anlise global de risers, utiliza um
modelo de solo elstico composto de molas lineares e um amortecimento equivalente.
Entretanto, uma representao mais real do comportamento do solo em contato com o
riser, na direo vertical, pode ser descrito aproximadamente por uma curva P-y como
mostrada na Figura 2-2, obtida atravs de testes de laboratrio [11].
Figura 2-2 Exemplo de curva P-y de interao entre o solo e o riser (condies
extremas) extrada de [11].
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Na Figura 2-2, que representa uma curva P-y geral para solos, o trecho que vai
do ponto 0 ao ponto 1 segue a curva virgem do solo e descreve a penetrao ou
acomodao inicial do riserno solo intacto. Observaes feitas por ROVs em alguns
campos de produo no Golfo do Mxico indicam que a mxima penetrao do riser na
regio do TDP, nesta fase, da ordem de 3 a 4 vezes o seu dimetro [6]. O trecho de 1 a
2 e o trecho de 2 a 3 representam o comportamento quando o riserest sendo levantado,
ou seja, est diminuindo gradativamente a fora de suco com o solo at que ocorra a
ausncia total de contato.
Quando o riser comea a ser levantado, a magnitude da fora de compresso
sobre o solo reduzida rapidamente e, ento, se inicia o desenvolvimento de foras de
suco [13, 14]. A mxima fora de suco significativamente menor que a mximafora de compresso. No trecho que vai do ponto 2 at o ponto 3, a fora de suco
diminuiu at tornar-se nula quando o riser separa-se completamente do solo. E,
finalmente, quando o riser posto novamente em contato com o solo a magnitude da
fora de compresso do risercom o solo segue a curva que vai do ponto 3 ao ponto 1.
As curvas descritas acima sobre a Figura 2-2 so baseadas na premissa de que o
ciclo de contato entre o riser e o solo resultado de movimentos extremos que
ocasionam total contato e total separao entre os dois e, as equaes e frmulas quedescrevem este comportamento podem ser encontradas na Ref. [12].
2.3.3 Molas de Reao do Solo
Embora diversos estudos tenham sido conduzidos recentemente para calcular e
modelar de forma mais apropriada da interao solo-riser, ainda no existe um modelo
numrico simples que seja capaz de representar esta complexa interao solo-estrutura.Desta forma, a modelagem e representao das propriedades do solo numa
anlise numrica so normalmente feitas por molas que tm rigidezes equivalentes e
atuam na direo vertical, lateral e axial simulando, respectivamente, a rigidez vertical
do solo, reao lateral e o atrito devido ao arraste na direo axial.
No programa de elementos finitos utilizado neste trabalho (ANFLEX [4]), a
representao do solo feita atravs de escalares unidirecionais, i.e., molas com um
grau de liberdade. As reaes do solo no sentido axial e lateral sobre um duto apoiado
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no solo marinho so modeladas por molas elasto-plsticas no-lineares representadas na
Figura 2-3. Pode-se observar que, estas molas apresentam uma simetria em relao
origem. Manipulando-se os seus parmetros, elas podem representar numericamente o
atrito (axial e lateral) de um duto apenas em contato com o leito marinho e tambm a
reao axial e/ou lateral de um duto que se encontra parcialmente ou totalmente
enterrado. Este comportamento ilustrado na Figura 2-4, onde se pode observar um
modelo de duto simplesmente apoiado e outro modelo de duto parcialmente enterrado
no leito marinho. Estas situaes podem ser modeladas atravs dos parmetros
numricos fornecidos para as molas, que so de responsabilidade do analista.
Trechos com comportamentos distintos com relao interao solo-estrutura,
por exemplo, um trecho enterrado e outro parcialmente enterrado, podem ser modeladosutilizando-se parmetros distintos para as molas que representam cada trecho. A reao
no sentido perpendicular ao eixo do duto, comumente chamada de reao vertical,
modelada no ANFLEX [4] atravs de uma mola elstica bi-linear ilustrada na Figura
2-5. Esta mola indica que o solo apresenta uma reao, diretamente proporcional
rigidez fornecida pelo usurio, quando o duto encontra-se em contato com o fundo
marinho. Perdendo o contato, o solo no apresenta nenhum efeito sobre o duto e vice-
versa.
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Figura 2-4 Comportamento do tubo apenas apoiado ou semi-enterrado
Figura 2-5 Mola de reao vertical
Como numa anlise global o riser discretizado em ns e elementos,
importante observar que as curvas de reao axial e lateral so proporcionais s reaes
nodais e, portanto, no modelo numrico elas representam um trecho equivalente de duto
igual soma das duas metades de comprimento dos elementos adjacentes ao n.
Modelagem similar vlida para as reaes verticais. No ANFLEX [4], a rigidez da
mola de reao vertical pode ser fornecida pelo usurio atravs de um valor que j
representa a rigidez equivalente associada a cada n ou atravs de uma mola
distribuda ao longo do riser representando a rigidez contnua do solo. Neste ltimo
caso, as molas equivalentes so calculadas automaticamente pelo prprio programa.
Estas duas situaes so ilustradas na Figura 2-6.
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Figura 2-8 Rigidez vertical do solo. (a) modelo com suco e (b) idealizao
sem suco para o ANFLEX.
A Figura 2-9 ilustra de forma simplificada uma trincheira com um duto
acomodado no seu interior. Na verso atual do ANFLEX [4], uma trincheira com uma
forma geomtrica pr-estabelecida pode ser modelada utilizando as molas descritas
acima e a facilidade de representao de fundo irregular. A geometria de trincheira
representada atravs das coordenadas do fundo irregular
Como j dito anteriormente, o ANFLEX [4] ainda no modela automaticamente
o efeito de suco. Outra facilidade ainda no disponvel a modelagem automtica deum possvel gap entre o duto e as paredes laterais, conforme ilustra na Figura 2-10.
possvel, entretanto, atravs de suas facilidades automticas, modelar no ANFLEX [4]
um riser dentro de uma trincheira (ou vala) de geometria conhecida sem ele estar
coberto por solo marinho, supondo que ele est perfeitamente encaixado dentro da
mesma, sem folgas nas laterais. Estas facilidades disponveis so suficientes para que
sejam efetuadas anlises paramtricas variando-se forma, profundidade e comprimento
de uma trincheira para investigar a influncia da mesma sobre a vida fadiga de umSCR.
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Figura 2-9 Exemplo de trincheira.
Figura 2-10 Curvas fora vs. deslocamento: (a) com gap, (b) sem gap.
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2.3.5 Modelagem da Forma de uma Trincheira
O conhecimento da forma de uma trincheira formada por um risersobre o solo
marinho essencial para que se obtenham valores mais precisos das tenses na regio
do TDP e, conseqentemente, valores mais prximos da realidade de predio da vida fadiga. Como j dito anteriormente, a modelagem feita usualmente nos programas de
elementos finitos considerar o fundo marinho como sendo plano [15], o que acarreta
em um acrscimo de tenses no TDP.
Se uma trincheira formada na regio do TDP, o pico de tenses que est ali
concentrado ser distribudo em uma regio maior ao longo do tubo, o que acarreta
numa diminuio dos valores de tenso nessa regio crtica, fazendo com que se tenha,
tambm, uma diminuio do dano fadiga e, conseqentemente, um aumento na vidatil da estrutura. Esta diminuio uma decorrncia de uma menor variao da
curvatura do risernesta regio.
Um aspecto j mencionado sobre a modelagem de trincheiras saber qual a
forma de seu perfil, seu comprimento e os mecanismos que levaram sua formao.
Inspees realizadas por ROVs possibilitam melhor compreenso da geometria e
evidenciam os mecanismos de formao de uma trincheira. Essas informaes so
essenciais para uma modelagem da forma da trincheira mais prxima da real o quepossibilita uma distribuio mais homognea das tenses ao longo da regio do TDP e,
conseqentemente, uma melhoria no projeto de SCRs.
Atualmente, existem poucos estudos detalhados disponveis sobre estes aspectos
relativos a trincheiras [16]. Contudo, nos ltimos anos, alguns trabalhos trazem estudos
realizados em algumas locaes de explotao onde foram filmadas e fotografadas
formaes de trincheiras na regio do TDP.
Observa-se, na Figura 2-11 e na Figura 2-12, extradas da Ref. [16] uma dessas
trincheiras. Observa-se, na seqncia de A a F, as vistas em vrias seces ao longo do
comprimento da mesma os detalhes da largura, profundidade e posio do riserdentro
da trincheira. Este caso especfico de um riseracoplado a uma Tension Leg Platform
(TLP) localizada no campo de Allegheny no Golfo do Mxico apenas 7 meses aps a
sua instalao.
Pode-se observar tambm nas figuras mencionadas anteriormente que a
profundidade e a largura da trincheira so dadas em funo do dimetro do riseralm
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Figura 2-12 Trincheira na regio do TDP sete meses aps a instalao do SCR. .
Figuras extradas de [16].
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Baixo ciclo: a falha por fadiga ocorre para um nmero de ciclos de carregamento
relativamente pequeno, menos de 104ou 103ciclos, dependendo do caso;
Alto ciclo: a falha por fadiga ocorre para um nmero de ciclos de carregamento
relativamente grande, mais de 104
ciclos, em alguns casos podendo chegar ordemde 106a 109ciclos;
Normalmente, as estruturas ocenicas esto sujeitas a carregamentos de fadiga
de alto ciclo. A fadiga , em muitos casos, o critrio de projeto mais crtico do que
qualquer outro na anlise de certas estruturas. Os carregamentos mais importantes
quando estamos lidando com sistemas flutuantes (Estruturas Offshore) so aqueles
relacionados aos parmetros ambientais de onda, vento e corrente.
A anlise de fadiga na prtica de projetos de estruturas offshore baseia-se
principalmente em trs aspectos:
Identificao dos ciclos de tenso;
Curvas S-N;
Regra de Miner.
Estes itens sero comentados a seguir.
3.1 Carregamentos de Fadiga Ciclos de Tenso
A vida fadiga est associada variao e ao nmero de ciclos de tenso. Um
ciclo de tenso de fadiga traduz a variao da tenso aplicada com o tempo ou com o
nmero de ciclos da aplicao de um dado carregamento associado fadiga. Os dois
tipos mais comuns de carregamento so o de amplitude constante e o de amplitude
varivel.
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3.1.2 Amplitude Varivel
Para muitas estruturas, os carregamentos de fadiga no so de amplitude
constante, mas sim de amplitude varivel, tais como as estruturas offshore [25].
Carregamentos variveis podem ser impostos durante todas as fases da vida da estruturae podem, a princpio, ser causados por: onda, vento, corrente, presso varivel, vibrao
de mquinas, dentre outras. As foras de onda so geralmente as principais causadoras
de danos por fadiga em estruturas offshoretipo jaqueta.
No caso de risers,as tenses atuantes so de amplitude varivel, sendo que sua
identificao no simples como no caso anterior. Desta forma, recorre-se a um
algoritmo especfico para tratar tal dificuldade.
De um modo geral, a maneira como um histrico de amplitudes de tenso varia
no tempo aleatria, sendo obtidas atravs de uma anlise dinmica no domnio do
tempo. Este fato impe uma dificuldade na identificao da variao de tenso que est
ocorrendo em um determinado ponto da estrutura e na contagem do nmero de ciclos
associados ao mesmo. Alguns mtodos para a contagem e identificao de ciclos de
tenses foram desenvolvidos para a identificao dos ciclos de tenso e, dentre eles, o
mtodo de contagem de ciclos Rain-Flow.
O mtodo Rain-Flow consiste na converso de um histrico no tempo de tenses
em um processo de pontos, contendo valores mximos e mnimos (picos e vales) em
que a contagem de ciclos efetuada seguindo a seqncia do fluxo da gua escoando
por um telhado, como mostra a Figura 3-2 [27]. A vantagem deste mtodo que ele
capaz de identificar todos os ciclos de tenses, incluindo aqueles associados aos efeitos
de altas e baixas freqncias, por exemplo, quando estes ocorrem simultaneamente no
histrico no tempo de tenses.
Neste trabalho, empregou-se na anlise de fadiga o programa POSFAL [5], que
possui um algoritmo baseado no mtodo Rain-Flow para identificar e contar os ciclos de
tenses.
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Nestes casos, para variaes de tenses abaixo desse limite, a fadiga no considerada
nem para um nmero infinito de ciclos. Este comportamento no pode ser generalizado
porque em muitos metais ferrosos (como alumnio, magnsio e ligas de cobre), a
inclinao da curva S-N decresce gradualmente no tendo um limite de fadiga
verdadeiro (visto que a curva nunca se torna horizontal).
A equao de uma curva S-N pode ser apresentada da seguinte forma:
(3-3)
ou, aplicando logaritmos em ambos os lados da igualdade tm-se:
(3-4)
onde,
S = variao (ciclo) de tenso na estrutura;
N = nmero de ciclos de tenses que levam o material ruptura;
A e k = so constantes do material obtidos em ensaios.
Deve-se observar que, o comportamento fadiga de um dado material ou
componente estrutural depende do ambiente em que ela se desenvolve. A Figura 3-3 e aFigura 3-4 ilustram dois conjuntos de curvas S-N da DNV [26], utilizados na anlise de
estruturas offshore.
kS
AN
)(=
)log()log()log( SkAN =
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Figura 3-3 Exemplo de curva S-N tpica sem proteo catdica extrada de [26].
Figura 3-4 Exemplo de curva S-N tpica com proteo catdica extrada de [26].
As curvas S-N so normalmente obtidas tomando-se por base tenses nominais,
isto , sem considerar concentraes de tenso, tenses residuais ou trmicas. No
projeto, deve-se levantar e levar em considerao os fatores de concentrao de tenso,
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principalmente quando se tratar de material base. No caso de soldas, deve-se verificar a
origem da curva S-N para saber se a concentrao de tenses devido prpria solda
deve ou no ser considerada.
Nas solicitaes uniaxiais de trao (trao uniforme), a tenso nominal constante ao longo da espessura e no varia de seo para seo. Nas solicitaes de
flexo e toro, em que existe um gradiente de tenses nas sees, considera-se que a
tenso nominal a tenso de flexo ou toro mxima na seo transversal onde a trinca
se propaga, e numa direo perpendicular propagao da trinca.
Na grande maioria dos casos, a resistncia fadiga seriamente reduzida
quando existe um acidente geomtrico que provoque concentrao de tenses. No caso
de um concentrador de tenses, as tenses para clculo de fadiga devem sercalculadas como:
nomSCF = (3-5)
onde:
SCF fator de concentrao de tenso
nom tenso cclica nominal de clculo.
3.3 Clculo do Dano Cumulativo Regra de Miner
O colapso ou falha por fadiga ocorre devido ao de carregamentos cclicos
(ou variveis ao longo do tempo) sobre a estrutura e que ocasionam uma flutuao de
tenses que levam ao desenvolvimento e propagao de trincas at a ocorrncia do
referido colapso, que pode ocorrer a um nvel de tenses inferior tenso mxima
admissvel do material. O objetivo do projetista verificar se a vida til calculada
contempla a vida til desejada para o projeto, respeitando os fatores de segurana
definidos em normas especficas.
O dano devido fadiga depende do histrico completo de tenses ao longo da
vida til da estrutura, devendo-se levar em conta todos os conjuntos de condies de
carregamento que podem vir a ocorrer em todas as fases do projeto (fabricao,
transporte, instalao e operao).
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A abordagem usual de clculo consiste em se usar resultados de ensaios de
amplitude constante (curva S-N) em conjunto com a regra de Miner-Palmgren para
prever o comportamento dos elementos submetidos a condies variveis de
carregamento. A hiptese bsica da regra de Miner a de que o dano provocado por um
ciclo de tenso Ssobre a estrutura por ciclo de carregamento constante e igual a:
D =N
1 (3-6)
ondeN = AS-k dado pela curva S-N.
A Regra de Miner estabelece tambm que os danos (isto , perda de vida de
fadiga) se acumulam de modo linear e a aplicao desta considerao permite que o
dano acumulado pelas variaes de longo prazo de tenses seja avaliado a partir de um
histograma de tenses, constitudo de um nmero de ciclos nide tenses de amplitude
constante Siidentificados por algum algoritmo de contagem de ciclos, por exemplo, o
Rain-Flow. Desta forma, o dano total fadiga dado por:
(3-7)
onde,
j = nmero de diferentes nveis de ciclos de tenso identificados no histograma ni = nmero de ciclos de tenso com variao de tenso Si;
Ni = vida de fadiga a um nvel de variao de tenso de Si(curva S-N).
A regra de Miner considera de que no existe efeito de seqncia da aplicao
da carga, isto :
1
1
2
2
2
2
1
1
N
n
N
n
N
n
N
n
N
n
N
n
i
i
i
i
+++=+++ LL (3-8)
=
=j
i i
iT
N
nD
1
1
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necessrio o uso de uma relao entre os dois perodos para que se possa fazer uso do
espectro de JONSWAP nesta dissertao. A relao adotada entre TPe TZ a seguinte:
++
=89.10
5PZ TT (3-16)
3.5 Anlise Dinmica Aleatria Global
Para se obter a vida til em um SCR de uma estrutura offshore, que o foco
dessa dissertao, necessrio observar uma srie de etapas. Inicialmente, necessrio
fazer uma anlise dinmica global de todo o sistema. A anlise global pode ser feita de
duas maneiras: a forma acoplada, na qual o sistema flutuante analisado conjuntamente
com os dutos em uma forma interativa ou a forma desacoplada, onde a unidade
flutuante e dutos so analisados em etapas distintas na qual o duto (riser) recebe como
deslocamentos prescritos os movimentos impostos pela unidade flutuante. Nessa
dissertao, somente foram realizadas anlises desacopladas utilizando-se o ANFLEX
[4], devido, principalmente, ao custo computacional de uma anlise desacoplada ser
bastante menor que numa anlise acoplada. Em resumo, no presente trabalho foram
realizadas anlises dinmicas desacopladas no-lineares aleatrias no domnio do tempo
utilizando o ANFLEX [4]. Este tipo de anlise representa mais adequadamente as no-
linearidades existentes nos modelos do que anlises no domnio da freqncia.
Para avaliao de fadiga devem ser realizadas anlises dinmicas para todas as
condies ambientais previstas para a locao onde o riserest ou estar instalado. A
primeira etapa de uma anlise dinmica global para obteno das tenses para avaliao
de fadiga a anlise esttica, onde aplicado o carregamento devido corrente e os
offsets estticos. Nesta dissertao, ambos foram mantidos alinhados e o efeito do vento
foi implicitamente considerado atravs do offset esttico.
Na segunda etapa, feita a anlise dinmica com a atuao do carregamento de
onda, o qual resulta em movimentos aleatrios nos seis graus de liberdade do flutuante.
Os movimentos gerados pela atuao da onda incidente na unidade flutuante funo
do casco e podem ser calculados a partir dos RAOs (Response Amplitude Operators) da
unidade. Os RAOs so gerados por programa especfico para anlise de movimentos de
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unidades flutuantes [31]. Multiplicando-se o quadrado do RAO para de cada grau de
liberdade com o espectro da onda incidente e mediante uso de tcnicas de simulao so
gerados os movimentos em cada um dos seis graus de liberdade do flutuante, que ento
so transferidos e impostos ao topo de cada riser analisado. A equao representativa da
gerao dos movimentos de primeira ordem do flutuante a seguinte:
[ ] )()()( 2
SRAOS RR = (3-17)
sendo SR() o espectro do movimento prescrito.
Internamente, o ANFLEX transforma automaticamente os RAOs de movimento
em sries temporais de movimentos atuantes no topo do riser e realiza a anlise
dinmica aleatria no domnio do tempo, gerando as sries temporais de esforos ao
longo da estrutura que sero usados na anlise de fadiga. Neste trabalho, utilizou-se o
programa POSFAL [5] para o processamento das anlises de fadiga.
O POSFAL [5] automaticamente calcula as sries temporais de tenses,
identifica e conta nmero de ciclos das amplitudes de variao de tenses utilizando o
mtodo Rainflowe por fim, fazendo uso das curvas S-N, calcula o dano fadiga e a
correspondente vida til. Outra opo do POSFAL a leitura direta de histograma de
tenses.
3.6 Clculo das Tenses para Anlise de Fadiga
No final da anlise dinmica, o ANFLEX gera sries temporais de esforos ou
opcionalmente gera histogramas de tenses que so utilizadas no POSFAL [5] para o
clculo do dano e vida til em 8 pontos, ou seja, a cada 45 de vrias seces
transversais ao longo do riser. A Figura 3-6 ilustra os pontos da seo transversal dajunta, assim como a orientao dos eixos locais Y e Z.
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Figura 3-6 -Disposio dos pontos em torno da seo transversal
As tenses so calculadas nos 8 pontos da seo transversal, combinando-se no
tempo de esforos axiais e momentos fletores nos dois planos ortogonais seo
transversal do riserconforme a seguinte expresso:
iz
zi
ziy
yi
y
xi
x
i
YI
tM
SCFZI
tM
SCFA
tF
SCFt ++=
)()()(
)(
][][][][
(3-18)
onde Fx(t), My(t) e Mz(t) so as sries temporais do esforo axial, momento fletor no
plano do risere momento fletor fora do plano do riser, respectivamente. As constantes
A, Iye Izso, respectivamente, a rea da seo transversal do risere os momentos de
inrcia em torno dos eixos Y e Z. Os SCFs so os fatores de concentrao de tenses e
Yi e Zi so as distncias do ponto de interesse linha neutra correspondente, sendomedidas ao longo do eixo Z caso opere-se com Mye ao longo do eixo Y se com Mz, i.e.,
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=
2
2
02
2
122
02
2
1
DY
=
2
2
12
2
022
12
2
0
DZ (3-19)
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Na Tabela 2 esto listadas as propriedades fsicas, geomtricas e hidrodinmicas
do SCR. Astressjoint(segmento oito) e aflexjointdo (segmento nove) do topo tm suas
propriedades apresentadas na Tabela 3 e na Tabela 4, respectivamente.
Tabela1 Discretizao da malha de elementos finitos do riser
Segmento Tipo de Elemento Comprimento (m)N de Elementos
FinitosComprimento do
primeiro elemento (m)Comprimento do
ltimo elemento (m)
1 RIGIDTUBE 441.0 480 1.000 0.8372 RIGIDTUBE 200.0 352 0.837 0.3003 RIGIDTUBE 400.0 1333 0.300 0.3004 RIGIDTUBE 350.0 538 0.300 1.0015 RIGIDTUBE 100.0 133 1.002 0.5026 RIGIDTUBE 95.0 317 0.499 0.1007 RIGIDTUBE 3.0 30 0.100 0.1008 STRESSJOINT 1.5 15 0.099 0.101
9 FLEXJOINT 0.0 1 0.000 0.000
Total 1590.5 3199
Tabela2 Propriedades fsicas, geomtricas e hidrodinmicas do SCR.
Propriedades da Estrutura SCR 8.625-0.5in
Dimetro Externo (m) 0.21907Dimetro Interno (m) 0.19367
Espessura (m) 0.0127CM 2.0CD 1.0
Dimetro Hidrodinmico (m) 0.21907Mdulo de Elasticidade (kN/m) 207000000
ngulo de Topo (graus) 15.0
Reduo de Espessura (m) 0.0032
Presso no Topo (kPa) 20684.0
Peso Especfico (kN/m) 77.0
Tabela3 Propriedades da Stressjoint.
Propriedades da Estrutura STRESS JOINT
Dimetro Externo Inicial(m) 0.21907Dimetro Externo Mdio (m) 0.19367Dimetro Externo Final (m) 0.0127
CM 2.00CD 1.00
Dimetro Interno (m) 0.19368Mdulo de Elasticidade (kN/m) 207000000
Peso Especfico (kN/m) 77.00
Reduo de Espessura (m) 0.0032
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Tabela 4 Propriedades da Flex-Joint.
Propriedades da Estrutura FLEX JOINT
Rigidez X (kN/m) 380400.0
Rigidez Y (kN/m) 380400.0Rigidez Z (kN/m) 380400.0Rigidez RX (kNm/deg) 6.441Rigidez RY (kNm/deg) 10.28Rigidez RZ (kNm/deg) 10.28
4.2 Casos de Carregamento Utilizados nas Anlises
Para a anlise paramtrica de fadiga foram utilizados os nove estados de mar
apresentados na Tabela 5. Nesta tabela, so apresentados, para cada estado de mar, os
parmetros de altura significativa de onda (HS), perodo de cruzamento zero (TZ),
perodo de pico (TP) (obtido conforme item 3.4), os parmetros alfa e gamma relativos
ao espectro de JONSWAP, o nmero de ocorrncias de cada estado de mar no perodo
de um ano e a sua respectiva freqncia relativa (em porcentagem) de ocorrncia.
Esta tabela tambm apresenta os offsetsestticos da unidade flutuante associados
a cada estado de mar. Estes offsetsforam estimados atravs de uma relao linear entre
altura significativa e offsetesttico tomando como base um offsetde 4.75% da lmina
dgua para um estado de mar de 4.75m.
Tabela 5 Estados de mar utilizados nas anlises de fadiga.
Scatter Diagram
Estadosde mar
Hs (m) Tz (s) Tp (s) Alfa Gama N de Ocorrncias(ano)% de
ocorrnciaOffset
esttico (m)% de offset emrelao LDA
MAR_1 0.75 6.0 8.07 0.000004 2.296 65 2.23% 4.5 0.75%MAR_2 1.25 6.5 8.76 0.001063 2.205 747 25.58% 7.5 1.25%MAR_3 1.75 6.5 8.76 0.002084 2.205 1137 38.94% 10.5 1.75%MAR_4 2.25 7.0 9.46 0.003493 2.123 573 19.62% 13.5 2.25%MAR_5 2.75 8.0 10.86 0.005347 1.984 256 8.77% 16.5 2.75%MAR_6 3.25 8.2 11.14 0.007501 1.959 95 3.25% 19.5 3.25%MAR_7 3.75 8.5 11.56 0.010051 1.924 23 0.79% 22.5 3.75%MAR_8 4.25 9.0 12.27 0.013043 1.869 19 0.65% 25.5 4.25%MAR_9 4.75 10.0 13.67 0.016596 1.772 5 0.17% 28.5 4.75%
Total: 2920
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Associado a cada um destes estados de mar, foi considerado um perfil de
corrente triangular com velocidade na superfcie do mar de 0,6m/s e no fundo de
0,0m/s. Nas anlises realizadas neste trabalho, a corrente e a onda, assim como os
movimentos do flutuante, foram considerados colineares. Considerou-se tambm,
somente uma direo de incidncia para o carregamento ambiental. Esta direo
ilustrada na Figura 4-2.
Figura 4-2 Aplicao do carregamento ambiental sobre o sistema riser-flutante.
4.2.1 Parmetros Utilizados na Modelagem do Solo Marinho.
Outra motivao dos estudos paramtricos realizados neste trabalho foi a de
verificar tambm a influncia das rigidezes do solo no dano fadiga do SCR, ou seja,
avaliar se uma mudana de tipo de solo tem ou no uma influncia significativa na
avaliao do dano fadiga do riser. Para tanto, se optou por utilizar trs diferentes
modelos de solo com valores diferenciados de rigidez vertical e de parmetros de atrito.
Os valores dos parmetros do solo utilizados no trabalho foram obtidos com
base nas formulaes da norma da DNV [32]. Com base na Tabela 7-2 da referida
norma, adotou-se os trs tipos argila: dura (hard), firme (firm)e mole (soft). Os valores
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de rigidez vertical, coeficientes axial e lateral de atrito e deslocamentos de mobilizao
obtidos para estes trs tipos de solo so mostrados na Tabela 6. Para os parmetros
como axiale latutilizou-se recomendaes da norma da ASCE [33] e, para o clculo do
valor do deslocamento de mobilizao foi utilizada a recomendao da OTC 16628
[13].
Tabela 6 Parmetros de solo utilizados nas anlises
Tipo Parmetros de Solo
Su (kN/m) solo(kN/m) es
13.0 13.0 0.45 0.9
Kv (kN/m) axial lat Desl. mob. (m)
HARD
3972.0 1.79 1.00 0.005477
Su (kN/m) solo(kN/m) es
7.0 10.0 0.45 1.5
Kv (kN/m) axial lat Desl. mob. (m)
FIRM
1478.0 1.17 0.69 0.005477
Su (kN/m) solo(kN/m) es
2.0 6.0 0.45 2.2
Kv (kN/m) axial lat Desl. mob. (m)
SOFT
315.0 0.53 0.40 0.005477
solo- peso especfico do solo
axial- coeficiente de atrito axial
lat- coeficiente de atrito lateral
- coeficiente de poisson
es- ndice de vazios do soloSu -Resistncia no-drenada do soloKv - rigidez vertical do solo
Legenda
Desl. Mob. - Deslocamento de mobilizao
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4.3 Definio e Validao do Modelo de Trincheira
A modelagem da trincheira uma das partes mais importantes deste trabalho,
pois nesta etapa onde se define qual a forma do perfil da mesma, i.e., onde serodefinidas as caractersticas geomtricas da mesma, tais como: profundidade e
comprimento.
Como dito anteriormente, praticamente impossvel saber qual ser a forma que
a trincheira ir ter aps o incio de sua formao devido, principalmente, aos
movimentos dinmicos na regio do TDP do riser, s condies e tipo de solo, histrico
de instalao e uso do SCR etc. Portanto, a forma estabelecida neste trabalho para o
perfil da trincheira a de uma curva dada por uma funo analtica exponencial que ajustada s condies do problema [34]. A seguir, ser detalhado o procedimento
utilizado neste trabalho para moldar o perfil da trincheira.
A condio adotada para definir o comprimento da trincheira foi tomar a
distncia entre os TDPs dos estados de mar com maior e menor offset esttico,
respectivamente. A posio do ponto mais profundo do perfil da trincheira foi associada
posio do TDP esttico para o estado de mar mais freqente, o qual corresponde ao
estado de mar 3 (vide Tabela 5). Imagina-se, desta maneira, que a forma da trincheira decorrente da maior repetitividade dos efeitos de carga e descarga em cada um dos seus
pontos.
A funo analtica adotada neste trabalho para modelar uma trincheira tem a
seguinte expresso, baseada em [34]:
)( 2)( bxaxexz = (4-1)
ondez a profundidade da trincheira, ae bso parmetros que devem ser definidos emfuno da profundidade e comprimento da trincheira, conforme descrito a seguir.
Para o ajuste dos coeficientes a e b, neste trabalho, adotou-se os seguintes
passos:
Definir L1como a distncia medida entre a posio do TDP relativo ao
estado de mar com menor offsetesttico e o TDP do estado de mar mais
freqente;
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Definir L2como a distncia medida entre a posio do TDP relativo ao
estado de mar mais freqente e o estado de mar com maior offset
esttico;
A profundidade da trincheira mxima no TDP do estado de mar maisfreqente, vide Figura 4-3;
A profundidade da trincheira no TDP do estado de mar com menor offset
esttico praticamente nula;
A profundidade da trincheira no TDP do estado de mar com maior offset
esttico corresponde a 5% do valor da profundidade mxima;
A profundidade mxima da trincheira sempre dada em funo dodimetro externo do riser.
Com os critrios definidos acima, cria-se um sistema de duas equaes e duas
incgnitas (ae b) dadas por:
( )
2
1
Lb1max eLaP
= (4-2)
( )22Lb2max eLaP05.0
= (4-3)
Resolvendo-se este sistema, obtm-se a expresso analtica da trincheira e com isto a
profundidade da mesma nas diferentes posies.
A Figura 4-4 ilustra as distncias L1 e L2 para o riser e os estados de mar
investigados neste trabalho. Observa-se que L1 e L2 so calculados considerando o
fundo do mar inicialmente plano. Todos os parmetros calculados esto em detalhes no
Anexo A.
No estudo paramtrico realizado nessa dissertao, adotou-se como referncia,
cinco valores de profundidade mxima (Pmax) para os perfis de trincheira, (1D, 2D, 3D,
4D e 5D), onde D o dimetro externo do riser.
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7/26/2019 ANLISE DE FADIGA EM RISERS RGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
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7/26/2019 ANLISE DE FADIGA EM RISERS RGIDOS CONSIDERANDO VARIAO DE PARMETROS DA INTERAO SOLO-ESTRUTURA E TRINCHEIRAS
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geometria do mesmo na regio do TDP. Os resultados obtidos so apresentados da
Figura 4-5 at a Figura 4-9.
Verificao do Posicionamento do Risernas TrincheirasProfundidade Mxima da Trincheira: 1D
D = 8.625'' = 0.211m ; LDA = 600m.
-1.10
-1.00
-0.90
-0.80-0.70
-0.60
-0.50
-0.40
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850
Coordenada Horizontal (m)
CoordenadaVertical(m)
Offset Mar 1: 4.5m Offset Mar 2: 7.5m Offset Mar 3: 10.5m Offset Mar 4: 13.5m Offset Mar 5: 16.5m
Offset Mar 6: 19.5m Offset Mar 7: 22.5m Offset Mar 8: 25.5m Offset Mar 9: 28.5m Perfil do Solo Marinho
Figura 4-5 Trincheira e geometria do riserna regio do TDP (profundidade de
trincheira 1D, D = 0.211m).
Verificao do Posicionamento do Riser nas TrincheirasProfundidade Mxima da Trincheira: 2D
D = 8.625'' = 0.211m ; 2D = 0.438m; LDA = 600m.
-1.10
-1.00
-0.90
-0.80
-0.70
-0.60
-0.50
-0.40-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850
Coordenada Horizontal (m)
Coordenada
Vertical(m)
Offset Mar 1: 4.5m Offset Mar 2: 7.5m Offset Mar 3: 10.5m Offset Mar 4: 13.5m Offset Mar 5: 16.5m
Offset Mar 6: 19.5m Offset Mar
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