PLATAFORMAS MARÍTIMAS. Aula 10. Sistemas de Ancoragem Parte 2

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1 PLATAFORMAS MARÍTIMAS Aula 10 Sistemas de Ancoragem Parte 2

2 INTRODUÇÃO Segundo Kawasaki (2010), denomina-se sistema de ancoragem o conjunto de elementos estruturais capazes de manter uma determinada unidade flutuante em posição de equilíbrio As linhas de ancoragem podem ser compostas de diversos materiais, dentre estes os principais são as amarras, os cabos de aço e cabos de materiais sintéticos Os elementos de fundação podem ser estacas ou âncoras

3 INTRODUÇÃO Quanto à disposição geométrica, podem ser classificadas em: ancoragem convencional (catenária); ancoragem em taut-leg; ancoragem vertical com tendões.

4 Ancoragem Vertical - TLP

5 Requisitos Capacidade de Posicionamento Limitação de offset Requisitos Instabilidade Tempo de vida

6 Requisitos Esses requisitos são determinados pela unidade flutuante. O sistema de ancoragem para unidade de perfuração (MODUs Mobile Offshore Drilling Units) atende a critérios menos rigorosos que o sistema de uma UEP

7 Requisitos MODU Projeto para eventos com período de retorno de 50 anos. Âncoras podem falhar em grandes eventos Risers desconectados em tempestades Afrouxar as amarras em tempestades para reduzir a tensão na linha Unidade de Produção Projeto para eventos com período de retorno de 100 anos Risers permanecem conectados em tempestados Amarração não é afrouxada devido ao risco para o riser e a falta de operadores a bordo. Fonte: Chakrabarti (2005)

8 Requisitos MODU Unidade de Produção Componentes projetados para vida menor que 10 anos Análise dinâmica não requerida Análise de fadiga não requerida Componentes projetados para vida maior que 10 anos Análise dinâmica requerida Análise de fadiga requerida Fonte: Chakrabarti (2005)

9 Catenária As linhas são presas no fundo do mar por âncoras de resistência horizontal; Possui um raio de ancoragem grande. Desvantagem Congestionamento das linhas de unidades próximas.

10 Taut-Leg Constituída por linhas tensionadas; Ângulo de topo de aproximadamente 45 com a vertical; Menor projeção horizontal (mesma ordem de grandeza da lâmina de água); Proporciona maior rigidez ao sistema; Âncoras resistem a altas cargas verticais; Raio de ancoragem 2 ou 3 vezes menor que o do sistema em catenária

11 Taut-Leg

12 Tendões Utiliza tendões verticais; Podem ser utilizados cabos de aço ou material sintético; Alta rigidez vertical e horizontal; Tipo de ancoragem utilizado principalmente em plataforma TLP, mas podem ser utilizados em bóias, monobóias.

13 Fundamentos Catenária O comportamento pode ser descrito pelas equações da catenária. No desenvolvimento das equações: é assumido o solo marinho horizontal ; os efeitos de rigidez à flexão são desprezados; a análise dinâmica é desprezada.

14 Fundamentos Linhas sintéticas Em águas profundas, linhas de fibra sintética podem ter vantagens significativas comparadas às catenárias de corrente ou cabos; São mais leves, muito flexível e podem absorver movimento dinâmicos devido à extensão sem causar excessiva forças dinâmicas. Desvantagem As propriedades mecânicas são mais complexas

15 Fundamentos Linhas sintéticas Rigidez Forças de restauração calculadas com a linha esticada Histereses A energia gerada pelo carregamento cíclico é dissipada em forma de energia Fadiga Não possui bom comportamento, devido à torção e compressão nos terminais Outros fatores A força na linha é aproximadamente metade para o mesmo diâmetro do cabo de aço Sensível ao corte

16 Mecan. de carregamento Há vários mecanismo de carregamento agindo em uma unidade flutuante:

17 Mecan. de carregamento Há vários mecanismo de carregamento agindo em uma unidade flutuante: Forças causadas pela corrente são consideradas constante ao longo do tempo, mas com variação espacial (dependendo do perfil e da profundidade); Carregamentos por ventos constantes; Forças devido às ondas possuem variação temporal nos seis graus de liberdade.

18 Projetos Projeto estático: Projeto quase-estático: Análise não linear Equações integradas no domínio do tempo Projeto dinâmico

19 Âncora A âncora é o elemento responsável pela fixação do ponto de ancoragem; Na ancoragem tradicional, em catenária, âncora deve resistir apenas às cargas horizontais onde o mais comum é a utilização de âncoras de arraste que são fáceis de instalar, porém necessitam de um grande trecho de linha apoiado no fundo para garantir exatamente que não sofrerão cargas verticais. Na ancoragem taut-leg a âncora deverá suportar cargas verticais de grande magnitude.

20 Âncora Tipos de ponto fixo para ancoragem tipo taut-leg: Âncora para carga vertical (VLA); Estaca Torpedo; Estaca de Sucção; Estaca escavada e cimentada

21 Âncoras de carga vertical (VLA Vertical Load Anchor) São cravadas através do arraste no solo marinho; Estas âncoras podem ter a forma parecida com uma arraia ou de uma enxada; São mais caras que as convencionais;

22 Estacas de Sucção Estacas de sucção são utilizadas em sistemas em que as linhas são mantidas tensionadas; É uma estaca com forma de um cilindro oco; As estacas de sucção são inicialmente posicionadas por gravidade e depois um sistema de bombas retira toda a água de dentro da estaca, cravando-a através de um diferencial de pressão.

23 Âncoras Estacas

24 Estaca Torpedo Estaca cilíndrica sólida com ponta cônica fechada que é cravada no solo por gravidade após lançamento de altura calculada. Em geral seu comprimento é cerca de 10 vezes o diâmetro. A presença das aletas proporciona maior área de contato da estaca com o solo; Profundidades superiores a 2000m.

25 Estaca Torpedo

26 Estaca Torpedo - Lançamento

27 Estaca Torpedo Vantagens Permite que cargas horizontais e verticais possam ser aplicadas. É a melhor alternativa para plataforma semisubmersíveis e unidades FPSOs em águas profundas e em locais congestionados. O custo de instalação desta estaca apresenta baixa sensibilidade ao aumento da lâmina d água, viabilizando economicamente a sua aplicação em águas profundas. Necessita-se somente de um rebocador para realizar o transporte e lançamento.

28 Estaca Torpedo Dimensões típicas Ancoragem de MODUs Diâmetro externo = 30 (760 mm) Comprimento = 12 m Ancoragem de Sistemas Flutuantes de Produção Diâmetro externo = 42 (1070 mm) Comprimento = 15 m

29 Componentes das linhas de ancoragem Amarras; Cabos de aço; Cabos de poliester;

30 Componentes das linhas de ancoragem

31 Componentes das linhas de ancoragem Cabos de aço Os cabos de aço são mais resistentes ao manuseio do que os cabos de poliéster, têm diâmetro menor para a mesma carga máxima, são menos sensíveis a danos de abrasão, podendo tocar no solo marinho durante a instalação.

32 Componentes das linhas de ancoragem Cabos de Poliéster

33 Tipos de Sistemas de Ancoragem: Spread Mooring; Dicas (Differentiated Anchoring System); Single Point Mooring.

34 Sistema DICAS (Differentiated Compliance Anchoring System)

35 Monoboia (CALM Buoy Catenary Anchor Leg Mooring Buoy)

36 Monoboia com Yoke (CALM Yoke System) Consiste de uma monobóia conectada à embarcação por meio de um braço rígido (yoke) articulado no casco. A articulação rígida elimina movimentos horizontais ente a bóia e o navio.

37 SALM (Single Anchor Leg Mooring) O sistema SALM emprega um sistema de riser vertical que tem uma ampla capacidade de flutuação próximo a superfície com uma forquilha de acoplamento rígida.

38 SALM (Single Anchor Leg Mooring) O sistema SALM emprega um sistema de riser vertical que tem uma ampla capacidade de flutuação próximo a superfície com uma forquilha de acoplamento rígida.

39 Sistema de Amarração com Turret

40 Recomendações existentes para o projeto de linhas de ancoragem O passeio máximo que a estrutura pode apresentar é estabecido principalmente para evitar danos nos risers e evitar uma possível ruptura. Offset admissível do navio Condição %LDA Intacta 10 Linha Rompida 15

41 Recomendações existentes para o projeto de linhas de ancoragem Tração Máxima Para o projeto de sistemas de ancoragem existem normas de projeto (ABS, DNV, API) com recomendações de fatores de segurança. Tmax=MBL/FS Tmax Tração Máxima MBL Valor mínimo da carga de ruptura do material FS Fator de segurança

42 METODOLOGIA DE ANÁLISE Análise Desacoplada