Modelagem da interação solo-estrutura de estacas do tipo torpedo pelo método dos elementos finitos

Páginas: 23 (5685 palavras) Publicado: 7 de abril de 2013
MODELAGEM DA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA DE ESTACAS DO TIPO TORPEDO PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS Gilberto Bruno Ellwanger José Renato Mendes de Sousa Cristiano Santos de Aguiar gbe@coc.ufrj.br jrenato@laceo.coppe.ufrj.br csaguiar@coc.ufrj.br COPPE/UFRJ, Programa de Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro - Ilha do Fundão - 21945-970, Rio de Janeiro,Brasil. Elisabeth de Campos Porto Cipriano José de Medeiros Junior Diego Foppa bethporto@petrobras.com.br cipri.TECHNIP@petrobras.com.br foppa@petrobras.com.br PETROBRAS/ CENPES/EB-E&P/EG Av. Jequitibá, 950 - Ilha do Fundão - 21.941-598, Rio de Janeiro, Brasil Rafael Nascimento da Encarnação raffa13@gmail.com ANP/PRH-35 Resumo. O rápido desenvolvimento da indústria de hidrocarbonetos e,conseqüentemente, a busca por novos campos de produção, direciona cada vez mais o foco das pesquisas em engenharia para a exploração em águas profundas. Nestas situações, um dos grandes problemas enfrentados é a instalação de pontos fixos de ancoragem com a capacidade de resistir aos grandes carregamentos impostos pelos sistemas flutuantes. Neste contexto, a utilização das estacas do tipo torpedo se destaca pelasimplicidade e baixo custo de instalação. Neste trabalho busca-se estudar o comportamento de estacas do tipo torpedo em solos argilosos pelo método dos elementos finitos. Serão apresentados os resultados de um estudo paramétrico que visa analisar diversas situações de carregamento e investigar a capacidade resistente desta estaca em condições típicas. Como resultado, espera-se adquirir oconhecimento necessário para a determinação de condições críticas de serviço de uma estaca do tipo torpedo. Palavras-chave: Interação solo-estrutura; estaca torpedo; Método dos Elementos Finitos.

1.

INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, a busca por novos campos de petróleo para atender a crescente demanda tem direcionado a explotação para águas profundas. Dentro deste contexto, a grande concentração delinhas de ancoragem e risers além do alto custo de instalação dos pontos fixos de ancoragem surgem como problemas de grande importância. O desenvolvimento de sistemas de ancoragem com um menor raio ajuda a aliviar o congestionamento do fundo do mar, mas, por outro lado, induz altas cargas impostas ao ponto fixo de ancoragem e, por conseqüência, eleva significativamente o custo dessas estruturas.Assim, a soma destes problemas levou ao desenvolvimento de novas soluções para a ancoragem das plataformas offshore e dentro destes conceitos, destacase a estaca torpedo, proposta pela PETROBRAS (Medeiros Júnior, 2002). A estaca torpedo, apresentada na Figura 1, tem como principal característica a cravação através de penetração dinâmica, que representa uma diminuição do custo e da velocidade deinstalação. Geometricamente, a estaca torpedo é curta, tendo a presença de aletas em parte do tubo principal objetivando aumento do contato solo-estaca e consequentemente o aumento da resistência.

Figura 1 – Vista da estaca torpedo Na Bacia de Campos, como aplicação inicial, estacas torpedo foram utilizadas na ancoragem de linhas flexíveis de produção com o intuito de impedir que esforços detração relevantes atingissem a árvore de natal. Recentemente, como conseqüência do sucesso deste tipo de aplicação, estas estacas também foram certificadas como pontos fixos de ancoragem de plataformas de perfuração (Araújo et al., 2004). Ultimamente, este tipo de estaca tem sido alvo de diversos testes experimentais com o intuito de avaliar o comportamento de cravação e capacidade de carga. Além disso,modelos numéricos têm sido desenvolvidos para melhorar a previsibilidade da carga-limite. O principal objetivo deste trabalho é apresentar um modelo de análise de estacas do tipo torpedo utilizando o método dos elementos finitos. A grande vantagem deste tipo de análise é que ela não lida apenas com a determinação da capacidade de carga, mas também é uma poderosa ferramenta para a determinação...
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