Estudo numérico da atenuação de cargas devido à interação solo-corrente em linhas de ancoragem de plataformas offshore

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Rosa, Eduardo Gibbon
• Orientador(a): Rocha, Marcelo Maia
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Estruturas offshore; Ancoragem (Engenharia); Corrente de amarra; Interação solo-estrutura; Métodos numéricos
• Palavras-chave em Inglês: Anchor-chain interaction; Mooring line; Load attenuation; Inverse catenary
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277277

A partir do progresso da exploração de petróleo e o avanço para zonas offshore em grandes profundidades de coluna d’água, a solução para a manutenção do posicionamento das plataformas migrou dos convencionais sistemas fixos e rígidos para sistemas de ancoragem flexíveis, formados pela união de linhas de ancoragem com elementos de fundação. Em suma, um sistema de ancoragem consiste em um cabo ou corrente fixado na unidade flutuante, em sua extremidade superior, e em uma âncora ou estaca, na sua extremidade inferior, apresentando tanto um trecho de corrente submerso quanto um trecho de corrente embutido no interior do solo. Neste contexto, observações práticas e investigações experimentais conduzidas em escala reduzida mostram que a carga aplicada no ponto de embutimento da corrente, situado na superfície do solo marinho, não apresenta a mesma magnitude e direção da carga atuante no dispositivo de ancoragem. Tal fenômeno é identificado como “atenuação de carga” e pode ser relacionado com o formato de catenária inversa desenvolvido pela linha de ancoragem embutida no solo, que provoca reações normais e tangenciais na interface solo-corrente ao longo deste trecho. Atualmente, as soluções analíticas disponíveis na literatura possuem caráter empírico e não incorporam uma série de variáveis que agregam à complexidade do problema. Sendo assim, com o objetivo de analisar o problema sob o ponto de vista numérico e possibilitar sua futura reprodução e aprimoramento, é apresentado um modelo tridimensional em elementos finitos, simulando o maciço de solo, a linha de ancoragem e a interface entre os materiais, com o auxílio do software comercial ANSYS®, adotando seus elementos e leis de comportamento nativas. A fim de validar e verificar o modelo, foram selecionados diferentes estudos, tanto numéricos quanto experimentais, resultando em um conjunto total de 21 simulações para comparação. As análises propostas retornam os percentuais de carga atenuada para diferentes considerações de rigidez na interface solo-corrente, nas quais foi obtida boa correspondência com os resultados de referência. Além disso, para analisar a influência de propriedades mecânicas do solo e geometria da catenária formada, conduziu-se estudos paramétricos com variação de resistência não-drenada, módulo de elasticidade do solo, profundidade de ancoragem, ângulo na extremidade inferior da linha e projeção horizontal do trecho embutido, fornecendo outros 11 modelos para investigação. Como principais conclusões, ratificou-se a resistência do solo como a variável mais benéfica para o aumento da atenuação, verificou-se que a extensão horizontal da catenária pode ser mais impactante do que a profundidade de ancoragem na dissipação de carga e observou-se a existência de uma curva típica de atenuação em relação ao módulo de rigidez transversal da interface, a qual pode ser reproduzida em diferentes condições de ancoragem e interpretada para aplicação em projeto.