Interação dinâmica solo-estrutura : atenuação na catenária inversa de estacas torpedo para plataformas offshore

Abstract

Este trabalho determina a atenuação, provocada pelo solo, entre as cargas dinâmicas de entrada e saída no trecho de catenária inversa em estacas torpedo de plataformas offshore em função das diversas frequências de vibração aplicadas na linha de ancoragem. Para tanto são abordados assuntos gerais sobre os desafios enfrentados atualmente na indústria petrolífera, os quais motivam o presente estudo, assim como também conceitos de modelos reológicos, para caracterização do comportamento do solo, e de análise dimensional, para correta semelhança entre os dados gerados pelo modelo reduzido criado e o protótipo. Para o desenvolvimento da pesquisa, foi tomado como base o caso típico fornecido pela Petrobras para o estudo, o qual define um torpedo com penetração no leito marinho de 28,8 metros, do ponto em que a linha de ancoragem encontra o solo, no Touch Down Point (TDP) até o padeye da âncora. Além disso, foi estabelecida em 45º a inclinação com que a plataforma tensiona esta linha de ancoragem e entre 3000 e 7000 kN a carga de projeto para as estacas. A Petrobras também forneceu as cargas no TDP, que se mantêm oscilando em torno de 4000 e 4500 kN, podendo alcançar um pico de até 6000 kN, e a densidade espectral, mostrando que há um pico na frequência de 0,1 Hz. Para os ensaios em laboratório, o solo foi modelado com uma proporção de 15% de bentonita e 85% de caulim com teor de umidade de 120%. Os experimentos foram divididos em ensaios estáticos e dinâmicos, sendo estudados ângulos de 0 a 55° de inclinação da linha de ancoragem. Nos ensaios estáticos foram aplicadas cargas correspondentes a até 9000 kN no protótipo. Nos ensaios dinâmicos, as tensões oscilantes foram aplicadas no modelo submetido a cargas correspondentes a 6400 e 4480 kN no protótipo. Foi feita varredura decrescente de frequências, e foram estudadas duas amplitudes na mesa vibratória. Os dados foram processados no Octave. Os resultados revelaram que a atenuação estática varia entre 20 a 30% por metro de catenária, durante o descarregamento. Os valores para atenuação total oscilaram entre 35 a 45% por metro de catenária, levando à conclusão de que existe atenuação dinâmica de aproximadamente 15% por metro de catenária. Também se concluiu que a atenuação possui relação com a resistência ao cisalhamento do solo, decrescendo com o aumento de carga, e que o efeito da viscosidade é praticamente inexistente, propondo a existência de um efeito dinâmico provavelmente não relacionado à frequência, ou então uma relação entre a atenuação dinâmica com a estática no carregamento.