63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

DIMENSIONAMENTO DE TENDÃO DE TLP BASEADO EM CONFIABILIDADE ESTRUTURAL COM O USO DO MÉTODO DE MONTE CARLO

Ketson Roberto Maximiano dos Santos 1 Michele Agra de Lemos Martins 1 Adeildo Soares Ramos Júnior 2

1. Laboratório de Computação Científica e Visualização – LCCV/UFAL 2. Prof. Dr./ Orientador - Laboratório de Computação Científica e Visualização – LCCV/UFAL

INTRODUÇÃO:

A TLP é uma estrutura flutuante utilizada para produção de petróleo em águas profundas. Sua ancoragem é feita através de tendões pré-tensionados, que são mantidos sempre tracionados pelo excesso de flutuação da plataforma, o que reduz o movimento vertical da mesma. Essa tração deve ser mantida de modo a evitar a ocorrência de flambagem dos tendões e risers. O correto dimensionamento dos tendões pode garantir a integridade de toda a estrutura, pois a ocorrência de falha deste elemento pode ocasionar perdas de vidas, econômica e provocar danos ao meio ambiente. Durante a fase de projeto, diversas metodologias são aplicadas no dimensionamento deste elemento. Segundo os padrões internacionais definidos pela DNV, podem ser adotados os métodos LRFD e o WSD. Como tais padrões não levam em consideração de forma explícita a natureza probabilística das variáveis de projeto, então a confiabilidade estrutural se apresenta como uma poderosa ferramenta. O presente trabalho aplica a metodologia de confiabilidade no dimensionamento de um tendão, utilizando o método de Monte Carlo, considerando distribuições de probabilidades para cada variável de projeto, sendo também realizada uma análise de sensibilidade para quantificar a importância de cada variável na análise de confiabilidade.

METODOLOGIA:

Realizou-se uma análise dos riscos em um tendão de uma TLP, sendo assim definido o critério de falha a ser adotado e consequentemente a equação de estado limite último a ser integrada dentro do domínio de falha, sendo possível assim o cálculo da probabilidade de falha por tração de topo excessiva no tendão. Como a relação da tensão de topo do tendão com a espessura (t) das paredes do mesmo no intervalo de t entre 0 cm e 50 cm não apresenta picos, então um estudo direto da variação da probabilidade de falha com a espessura é facilmente implementada. Utilizando a linguagem de programação C++ foi escrito um código baseado no método de Monte Carlo, que determina a dimensão da parede do tendão para que uma probabilidade de falha alvo de 0.0001 seja atingida. Este valor é tomado como referência da literatura visto que corresponde a uma probabilidade de falha aceitável.

RESULTADOS:

No equacionamento do problema a resistência do material é definida pela tensão de escoamento do aço que associada a uma distribuição de probabilidade log-normal com média 395000 kN/m2 e um cov (coeficiente de variação) de 0.08. A solicitação imposta é definida pela tração no topo do tendão que é a soma de uma pré-tração parcial definida por uma distribuição de probabilidade normal com média 2000 kN/m² e cov de 0.06, mais o peso submerso do tendão e uma força que surge devido a efeitos dinâmicos do casco causados por efeitos ambientais devido a onda, vento e corrente.Tal força é considerada inversamente proporcional a altura do tendão seguindo uma distribuição de probabilidade tipo I para máximos com média de 8000 kN/m2 e c.o.v de 0.15. Considerando uma probabilidade de falha alvo de10-4, realizando 106 simulações, 1600 metros de altura para o tendão, diâmetro externo de 0.5 m e variando t entre 0.022 cm e 0.025 cm, foi possível obter uma espessura de 0.0245 m com uma probabilidade de falha de 9.9*10-5. Neste caso o FORM (First Order Reliability Method) indica uma probabilidade de falha de 9.1*10-5 e a importância da pré-tração de 2.595*10-3, o que indica que essa última pode ser considerada como uma variável determinística, pois interfere pouco na probabilidade de falha.

CONCLUSÃO:

Adotando a confiabilidade estrutural como ferramenta de dimensionamento pode-se considerar a natureza probabilística das variáveis de projeto, fato este que os modelos determinísticos não assumem e que os modelos semi-probabilísticos ainda não cobrem como um todo. Dessa forma o método de Monte Carlo, apesar do esforço computacional empregado, ainda se apresenta como uma metodologia bastante simples e intuitiva para este tipo de análise estatística.

Palavras-chave: Confiabilidade Estrutural, TLP, Monte Carlo.