Atenuação de cargas dinâmicas em linhas de ancoragem de plataformas offshore

Abstract

A crescente utilização de plataformas flutuantes na atividade de exploração de petróleo vem exigindo desenvolvimento de estudos relacionados a novas técnicas de execução e metodologias de projetos de fundações em ambiente marinho. A presente pesquisa é continuação do trabalho desenvolvido por Rocha (2014) e tem como objetivo: estudar a atenuação de cargas dinâmicas no trecho da linha de ancoragem embutida no solo, através de experimentos em modelos reduzidos com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório a partir de um sistema de carregamento dinâmico capaz de produzir vibração com faixas de aceleração e frequência desejadas. Para atingir os objetivos da pesquisa foram abordados os conceitos da carga dinâmica, reologia e tixotropia. Foram realizados ensaios em solos argilosos com teores de umidade em torno de 120%, obtidos a partir de misturas no laboratório de caulim (85% em massa seca), bentonita (15% em massa seca) e água, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore prospectados pela Petrobras. Os ensaios de mini palheta e extração de umidade ao longo da profundidade permitiram concluir que os valores da resistência não drenada da argila crescem com profundidade, enquanto o teor de umidade decresce, sendo que a resistência ao cisalhamento não-drenada guarda similaridade em relação às condições de campo. Na realização dos ensaios de carregamentos estáticos e dinâmicos realizados com variação do ângulo de referência de 0º a 55º foram utilizadas duas células de cargas para medir as forças aplicadas no touch down point e no ponto de ancoragem. Os resultados obtidos nesses ensaios mostraram atenuação de carga devido à força de reação (atrito) gerada pelo solo na interface solo-corrente, quando a massa do solo envolvente é sujeita a grandes deformações. Observou-se que a magnitude de atenuação estática varia de 12,9 a 18,3% e depende da variação de profundidade de embutimento da estaca (comprimento da linha de ancoragem), do ângulo de referência, da resistência não drenada da argila e do nível de força de pré-tração aplicada, enquanto que no ensaio de carregamento dinâmico verificou-se que os valores de atenuação normalizada de cargas dinâmicas situam-se na faixa de 24 a 26% e são levemente influenciados pela variação da força de pré-tração e frequência de vibração devido à parcela viscosa da argila.

The increasing use of floating platforms for oil exploration activity has required development of studies related to new techniques and methodologies for foundation design in the marine environment. This research is the continuation of the work of Rocha (2014) and aims: to study the attenuation of dynamic loads in buried mooring lines through experiments in reduced scale models in clay deposits. The tests were performed in the laboratory from a system of dynamic loading that is able to produce vibration within desirable ranges of acceleration and frequency. The concepts of dynamic loading, rheology and thixotropy are discussed in order of evaluating the properties of the clay. Tests were conducted on clay soils with moisture content of about 120% obtained from laboratory mixtures of kaolin (85% dry matter), bentonite (15% dry matter) and water, in order to obtain a clay soil with geotechnical properties similar to those of offshore fields prospected by Petrobras. The mini vane tests and water content of specimens showed that the values undrained shear strength increase with increasing depth, while the moisture content decreases. In carrying out static and dynamic loading tests performed on reference angles ranging from 0° to 55° two cell loads were used to measure the forces applied at the touch down point and at the anchor point. The results obtained in these tests showed load attenuation due to the reaction forces (friction) generated by the soil along the soil-stream interface, when the mass of the surrounding soil is subjected to large deformations. It was observed that the magnitude of the static attenuation varies from 12.9 to 18.3%, the variation being a function of depth of cutting mounting (anchoring line length), reference angle, undrained shear strength of the clay and level of pre-applied tensile force, while the dynamic loading tests were found to give normalized attenuation values of dynamic loads in the range of 24 to 26%. Under dynamic loading, attenuation is slightly influenced by variation of tensile force and frequency of vibration due the viscous efects of the clay.