Estudo do jateamento em solos argilosos e sua aplicação à engenharia de fundações offshore

Abstract

A maior parte do petróleo explorado no Brasil encontra-se em jazidas marítimas onde a lâmina d’água pode superar os 1000 metros. As descobertas recentes de novos campos de petróleo offshore têm motivado pesquisas nesta área para enfrentar os desafios tecnológicos envolvidos nos processos de exploração do óleo. Para a extração deste material, são comumente empregadas plataformas flutuantes que utilizam um sistema de ancoragem no leito oceânico para sua operação. O presente trabalho estuda uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo, que serve de alternativa e/ou adaptação a técnicas já utilizadas, e que consiste na aplicação de jatos de água para remoção do solo permitindo que a âncora penetre no subleito oceânico. No desenvolvimento do trabalho foi analisado o comportamento de duas argilas (A e B), nas quais o jateamento vertical de água é utilizado para introduzir tubos metálicos na massa argilosa. Os ensaios de jateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques retangulares de dimensões reduzidas com paredes em acrílico, preenchidos com solo. A geometria da cavidade formada pela injeção em cada amostra argilosa foi observada através das paredes dos tanques. A influência da técnica de instalação na adesão solo-estaca foi avaliada através de provas de carga à tração, realizadas no próprio tubo usado no jateamento em cada ensaio, cujos resultados foram comparados com provas de carga em tubos instalados sem o emprego do jateamento. Nos testes com jatos são identificados dois mecanismos de erosão, característicos de argilas com alto índice de vazios: a erosão em massa e a superficial. A máxima profundidade da zona erodida não coincidiu com o eixo do tubo na quase totalidade dos ensaios. A penetração do jato no subleito do solo argiloso reduz com o aumento da profundidade do jato, e também com a resistência da argila. O diâmetro da cavidade na saída do jato sofreu redução com o aumento da profundidade. A geometria da cava erodida em cada argila mostrou ser função da velocidade e do diâmetro do jato, sendo determinadas equações empíricas para estimar suas dimensões. Após a instalação dos tubos empregando a técnica do jateamento, a redução média da adesão solo-estaca na argila A foi de 42% e na argila B foi de 41% em relação à adesão inicial. As análises dos resultados em função da velocidade do jato e da vazão indicaram pequena influência destes parâmetros na variação da adesão do solo ao tubo.

Most of all petroleum produced in Brazil is encountered in marine deposits where the water depth may exceed 1000 meters. Recent discoveries of new offshore oil fields have motivated studies in this area designed to develop new techniques applied to oil exploration. For the extraction of oil deposits floating platforms are commonly used, supported by anchorage systems on the seabed. This work examines a new technique for installing anchors for offshore oil platforms, that can work as alternatives or complement to existing techniques, and consists of applying water jets to remove the soil allowing the anchor to penetrate into the seabed. In this study, the behavior of two clays (A and B) was analyzed during vertical jets used to induce the penetration of metal tubes into the clay. The tests were performed in laboratory using small rectangular tanks with acrylic walls, filled with soil. The geometry of the cavity formed by water injection was observed through the walls of the tanks. The influence of the installation technique in the adhesion mobilized between the clay and the pile shaft was evaluated by tensile load tests, performed in the same tubes used in jetting tests, whose results were compared with load tests on tubes introduced without the jetting technique. In tests with jets two distinct erosion mechanisms have been identified which are considered characteristic of clays with a high void ratio: mass and surface erosion. The maximum depth of eroded area did not coincide with the jet centerline in almost all tests. The jet penetration in the clay bed reduces with increasing depth of the jet, and also with the resistance of the clay. The diameter of the hole at the jet outlet decreased with increasing depth. The geometry of the eroded hole in each clay was shown to be a function of jet velocity and diameter, and empirical equations were developed to estimate these dimensions. After installation of the tubes using the jet technique, the average reduction in the adhesion between the clay and the pile shaft was 42% in clay A and 41% in clay B. Analysis of the results as a function of jet velocity and flow rate indicated small influence of these parameters on the variation of soil-tube adhesion.