Estudo do arrancamento de fundações superficiais apoiadas em argilas marinhas através de experimentos em modelo reduzido

Abstract

Durante as operações de descomissionamento, que são realizadas ao fim da vida útil das plataformas de exploração de petróleo, toda a infraestrutura instalada no leito marinho deve ser removida. Os sedimentos marinhos encontrados em alto mar geralmente são compostos por argilas de baixa resistência, com perfil normalmente adensado e baixa condutividade hidráulica. A aplicação de carregamentos de tração com velocidades elevadas nestes solos acarreta o desenvolvimento de poropressões negativas (sucção), o que aumenta significativamente os esforços necessários para a extração de equipamentos submarinos apoiados sobre fundações rasas conhecidas como mudmats. O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de fundações superficiais submetidas a cargas de arrancamento e o desenvolvimento de poropressão negativa sob a base, através de experimentos em modelo reduzido com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório com um modelo de fundação quadrada, empregando diferentes velocidades de extração. A mistura argilosa utilizada foi composta por 85% de caulim e 15% de bentonita (em massas secas) e teor de umidade de 120%, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore da bacia de Santos. A resistência não-drenada do solo foi investigada através de ensaios de T-bar e palheta em miniatura, tendo-se observado perfis com acentuado incremento de resistência superficial e crescimento linear com a profundidade. Os ensaios de arrancamento em modelo reduzido permitiram observar aumentos expressivos da resistência à extração e da sucção gerada com a velocidade de atuação. Ensaios de compressão da fundação foram realizados para comparação e análise dos fatores de carga em cada caso. Os resultados foram comparados com dados obtidos em centrífugas geotécnicas e apresentaram tendências semelhantes.

When the production of offshore oil and gas platforms is finished, all subsea infrastructures are required to be removed from the seabed, during decommissioning operations. In deep water environments, soils are usually composed by normally consolidated clays featuring low shear strengths and hydraulic conductivity. The application of tensile loads with high rates in such sediments generate negative excess pore pressures (suction), which may increase substantially the loads required for retrieval of subsea equipment and their underlying shallow foundations known as mudmats. The purpose of this study is to investigate the behavior of shallow foundations subjected to uplift loads and the development of suction under its base through small scale tests in clay. Laboratory tests were performed with a square model foundation using various uplift velocities. An artificial clayey mixture composed of 85% kaolin and 15% sodium bentonite (in dry masses) with moisture content of 120% was used in all experiments, in order to obtain a soil with geotechnical properties similar to those of marine clays from the Santos Basin. The undrained shear strength profiles, investigated through miniature T-bar and vane tests, showed a large strength increment near the clay surface and linear increase with depth. The uplift tests allowed observation of significant increase in both uplift resistance and generated suction with uplift rate. Compression tests were also conducted for comparison of behavior and bearing capacity factors. The results obtained were compared to centrifuge tests data from other studies and showed similar trends.