Modelo reduzido de linha de ancoragem offshore : construção de um sistema de ensaio para avaliar atenuação de cargas estáticas

Abstract

Este trabalho visa desenvolver um sistema de ensaio reduzido (escala de comprimento 1:10), com o objetivo de simular forças de tração aplicadas às linhas de ancoragem offshore. Através do modelo de ensaio, será possível estudar as forças que realmente são transmitidas aos elementos de fundação de sistemas de ancoragem offshore, que possibilitará o cálculo da atenuação de carga que ocorre na catenária inversa, formada no trecho da linha embutida no solo. O desenvolvimento da pesquisa foi baseado em um caso típico, fornecido pela empresa Petróleo Brasileiro S.A. (Petrobras), referente ao projeto de ancoragem de uma plataforma FPSO (Floating, Production, Storage and Offloading), que utiliza como elemento de fundação estacas torpedo, instaladas em solo marinho argiloso, ligadas à FPSO por linhas de ancoragem em configuração taut leg. Para simular a linha de ancoragem embutida no solo, foi utilizada uma corrente de elos, na qual será aplicada cargas de tração, por meio de uma talha manual presa à um tripé de sondagem SPT. Para realizar o embutimento da corrente no solo, será utilizado um conjunto de tubos metálicos de 37 mm e 16 mm de diâmetro externo e interno, respectivamente, que são normalmente utilizados no equipamento de sondagem CPTu. Para impedir grandes deslocamento do conjunto de tubos durante os ensaios e proporcionar a reação necessária às forças aplicadas, realizou-se em um dos seguimentos de tubo o acoplamento de duas aletas laterais, que tiveram suas dimensões determinadas através da modelagem numérica. O sistema de ensaio foi instrumentado com uma célula de carga instalada entre o tubo modificado e o segmento de corrente embutido no solo, e outra célula ligada na porção de corrente acima do solo, quantificando, respetivamente, a solicitação de carga gerada no tubo metálico e a carga externa aplicada. Logo, a atenuação de carga que ocorrer durante o ensaio, será determinada através da diferença das duas leituras.

This work aims to develop a reduced test system (length scale 1:10), with the objective of simulating tensile forces applied to the offshore anchoring lines. Through the test model, it will be possible to study the forces that are actually transmitted to the foundation elements of offshore anchoring systems, which will enable the calculation of the load attenuation that occurs in the reverse catenary, formed in the stretch of the line embedded in the ground. The development of the research was based on a typical case, provided by the company Petróleo Brasileiro SA (Petrobras), related to the anchoring project of an FPSO platform (Floating, Production, Storage and Offloading), which uses torpedo piles as the foundation element, installed on clayey marine soil, connected to the FPSO by anchoring lines in taut leg configuration. To simulate the anchoring line embedded in the ground, a chain of links was used, in which traction loads will be applied, by means of a manual hoist attached to an SPT sounding tripod. To bury the chain in the ground, will be used a set of metal tubes of 37 mm and 16 mm of external and internal diameter, respectively, which are normally used in the drilling CPTu equipment. To prevent large displacement of the set of tubes during the tests and to provide the necessary reaction to the applied forces, two side fins were coupled in one of the tube segments, which had their dimensions determined through numerical modeling. The test system was instrumented with a load cell installed between the modified tube and the current segment embedded in the ground, and another cell connected in the current portion above the ground, quantifying, respectively, the load demand generated in the metal tube and the external load applied. Therefore, the load attenuation that occurs during the test, will be determined by the difference between the two readings.