offshore analise de vaos livres

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ANÁLISE DE VÃOS LIVRESANÁLISE DE VÃOS LIVRES
André Luiz Lupinacci Massa, Msc
OBJETIVOOBJETIVO
� Tratar sobre o estudo dos vãos livres em 
dutos submarinos abordando a 
determinação de vãos livres admissíveis, 
a obtenção dos vãos livres críticos ao 
longo de uma rota ou diretriz e a 
correção ou retificação, com base nas 
recomendações das normas DNV OS-
F101 e DNV RP-F105. 
PRINCIPAIS TÓPICOS A SEREM 
ABORDADOS
PRINCIPAIS TÓPICOS A SEREM 
ABORDADOS
� Definição de Vão Livre; 
� Determinação do vão livre admissível;
�Obtenção dos vãos livres ao longo da rota;
� Determinação dos vãos livres críticos; 
� Correção de vãos livres.
DEFINIÇÃO DE VÃO LIVREDEFINIÇÃO DE VÃO LIVRE
� Vão livre pode ser definido como um trecho 
de comprimento livre onde o duto perde 
contato com o solo marinho.
� Segundo a DNV RP-F105, vão livre é um 
comprimento onde existe um vão contínuo 
entre o duto e o solo marinho
DETERMINAÇÃO DO VÃO LIVRE 
ADMISSÍVEL
DETERMINAÇÃO DO VÃO LIVRE 
ADMISSÍVEL
� Vão livre admissível é o maior comprimento 
de vão livre o qual um duto submarino se 
mantém funcional sob o ponto de vista de 
esforços atuantes (cargas operacionais, 
cargas ambientais, fadiga) sem a necessidade 
de nenhum tipo de intervenção ou retificação.
� A determinação do vão livre admissível segue 
as recomendações da DNV RP-F105 em sua 
seção 2.
FLUXOGRAMA PARA A AVALIAÇÃO 
DOS VÃOS LIVRES ADMISSÍVEIS
FLUXOGRAMA PARA A AVALIAÇÃO 
DOS VÃOS LIVRES ADMISSÍVEIS
PRINCIPAIS DADOS DE ENTRADA 
PARA A ANÁLISE DE VÃOS LIVRES
PRINCIPAIS DADOS DE ENTRADA 
PARA A ANÁLISE DE VÃOS LIVRES
� Características geométricas do duto 
(Diâmetro, espessura, material, etc...);
� Dados operacionais (∆T,Pd);
� Dados ambientais (ondas, correntes);
� Dados geotécnicos; 
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Norma utilizada DNV RP-F105 (Fev/2006);
� Este critério foi calibrado através de análises completas 
de fadiga para vidas úteis superiores a 50 anos;
� Este critério foi idealizado para ser utilizado na fase de 
operação do duto. Entretanto, pode ser utilizado nas 
fases temporárias (instalação) substituindo o período de 
retorno da corrente de 100 anos para 10 anos;
� Este critério é proposto tendo com premissa a 
possibilidade de representar a velocidade de corrente e 
velocidade induzida pela onda através de uma 
distribuição probabilística de Weibull com 3 parâmetros 
(“long term environmental modelling”); 
� O critério completo de fadiga deve ser utilizado caso 
esta avaliação não seja atendida;
� Em todas as situações a verificação do estado limite 
último (ULS Check) deve ser realizada;
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Para a direção In-Line:
� Para a direção Cross-Flow:
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� fn,IL – fn,CF – Freqüências Naturais do duto nas direções in-
line e cross-flow;
� γIL, γCF – Fatores de Segurança (seção 2.6 da DNV RP-
F105);
� Uc,100year – Velocidade de Corrente para um período de 
retorno de 100 anos (Seção 3 da DNV RP-F105);
� Uw,1year – Velocidade induzida pela onda com altura 
significativa para um período de retorno de 1 ano;
� VILR,onset , VCFR,onset – Velocidades reduzidas (onset) para 
as direções in-line e cross-flow (Seção 4 da DNV RP-
F105);
� L, D – Comprimento do vão e Diâmetro externo;
� α – Razão de fluxo de Corrente 
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Razão do Fluxo de Corrente (α)
� Em águas profundas o valor de α é igual a 
1, pois não há influência da onda no leito 
marinho;
� O valor mínimo válido para α, segundo este 
critério é de 0,66.
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Velocidades reduzidas (VR,onset)
� In-line:
� Cross-Flow:
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Velocidades reduzidas (VR,onset)
� Ksd
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Freqüência Natural
� A expressão aproximada para a freqüência 
natural do duto pode ser expressa 
conforme abaixo, de acordo com a norma 
DNV RP-F105.
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Força Axial Efetiva (Seff).
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Comprimento efetivo do vão (Leff).
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA 
(FATIGUE SCREENING CRITERIA)
� Rigidez do Solo (Horizontal e Vertical)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA (ULS 
CRITERION)
RECOMENDAÇÕES DE NORMA (ULS 
CRITERION)
� Os vãos livres devem ser verificados quanto ao 
estado limite último de acordo com a norma DNV-
OS-F101, seção 5 e DNV RP-F105;
� De uma forma geral, segundo a DNV RP-F105, os 
carregamentos a serem considerados nesta 
verificação devem ser basicamente:
� Direção Vertical
a) Flexão (devido ao peso próprio e a curvatura 
em função do perfil do terreno;
b) VIV na direção cross-flow.
� Direção Horizontal
a) VIV na direção in-line
b) Forças de arrasto e de inércia em função da 
ação da onda e corrente
OBTENÇÃO DOS VÃOS LIVRES AO 
LONGO DA ROTA
OBTENÇÃO DOS VÃOS LIVRES AO 
LONGO DA ROTA
� Os vãos livres ao longo de uma rota podem surgir 
a partir de:
� Topografia do terreno onde a rota será
lançada;
� Alterações na topologia do terreno através de 
movimentação de sedimentos;
� Em geral é utilizado um programa de elementos 
finitos como ANSYS, ABAQUS, SAGE ou 
ORCAFLEX para a obtenção dos vãos livres 
existentes ao longo da rota;
� A determinação dos vãos livres considera o peso 
do duto, suas propriedades mecânicas e 
geométricas, bem como as propriedades do solo 
(rigidez do solo). 
DETERMINAÇÃO DOS VÃOS LIVRES 
CRÍTICOS
DETERMINAÇÃO DOS VÃOS LIVRES 
CRÍTICOS
� Os vãos críticos são aqueles onde o vão livre 
identificado ao longo da rota é maior que o vão 
admissível calculado conforme critérios 
normativos;
� Os vãos críticos são identificados em duas 
fases. A primeira na fase de projeto e, a 
segunda, através de um levantamento ao longo 
da rota após a instalação
� Em todas as situações em que isto ocorrer faz-
se necessária uma retificação do vão conforme 
norma DNV-OS F101, seção 10 item K;
CORREÇÃO DE VÃOS LIVRESCORREÇÃO DE VÃOS LIVRES
� A retificação ou correção do vão é
normalmente realizada através de uma 
redução do vão crítico para um vão inferior ao 
admissível, com à adoção calçamentos 
através do uso de mantas de concreto, sacos 
de areia ou suportes mecânicos;
� Os tipos de calçamentos são selecionados 
com base na altura do vão e da inclinação do 
terreno ao longo do vão;
CORREÇÃO DE VÃOS LIVRESCORREÇÃO DE VÃOS LIVRES
�Mantas de Concreto
Situação final das mantas de proteção
Instalação das mantas de proteção
CORREÇÃO DE VÃOS LIVRESCORREÇÃO DE VÃOS LIVRES
�Sacos de Areia (Grout Bags)
CORREÇÃO DE VÃOS LIVRESCORREÇÃO DE VÃOS LIVRES
�Suportes Mecânicos