Estudo da influência da flexão e pressão externa na falha de dutos rígidos corroídos

Abstract

Com a exploração de petróleo em águas profundas, a necessidade de dutos submarinos tem seguido aumento de demanda. Devido às grandes profundidades, os carregamentos de pres- são externa são os mais agravantes, pois podem levar ao colapso dos dutos. A disposição da tubulação entre a plataforma e o ponto de extração, atrelada ao movimento das marés e a acelaração gravitacional, acaba resultando em carregamentos de momento fletor, que causam a redução na capacidade resistiva à pressão externa. As intempéries em regiões submarinas e o processo de operação em dutos causam defeitos de corrosão no material, reduzindo a es- pessura da parede; também afetando à sua resistência. O processo de fabricação e instalação de tubulações podem causar mudança na seção transversal do formato circular para elíptico, sendo esta imperfeição denominada ovalização inicial, que é mais um agravante à resistência. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho é fazer a análise, por meio de simulações em elementos finitos, de dutos corroídos submetidos à carregamentos combinados de momento fletor e pressão externa até a falha a partir de um estudo paramétrico das dimensões dos defeitos e da ovalização inicial. Também foi feita a comparação dos resultados com equações analíticas presentes na literatura, tanto para os carregamentos de pressão externa e momento fletor atuando isoladamente, como para a combinação. A partir de métodos de otimização e interpolação de equações, foi proposto um ajuste da equação da envoltória de falha que envolve a pressão de colapso (Pcol) e momento máximo (Mmax) quando atuam isoladamente. Os resultados mostraram que os parâmetros geométricos do defeito, especialmente a profun- didade e a largura circunferencial, são os que mais afetam a capacidade resistente dos dutos analisados. As equações analíticas para falha devido aos carregamentos isoladamente, como esperado, resultaram em valores bastante conservadores em relação à simulação em elementos finitos, enquanto a equação de combinação dos carregamentos da literatura teve uma melhor aproximação dos resultados das simulações quando o defeito é comprimido, mas levou à va- lores de colapso superiores às simulações quando ocorre a tração do defeito. Os resultados,

com utilização dos métodos de otimização e aproximação de polinômios, possibilitaram obter correções para a equação de carregamentos combinados, dando uma melhor aproximação para ambos os sentidos de flexão.