Dimensionamento e análise numérica de cascas de concreto armado para aplicações em plataformas offshore

Abstract

Das primeiras atividades de exploração de petróleo offshore, em 1968 na Bacia de Sergipe, com lâmina d’água de cerca de aproximadamente 30m, até as explorações em águas profundas, entre 1000 e 2000 m, e ultra-profundas, acima de 2000 m, na Bacia de Campos (RJ), o Brasil tem-se destacado mundialmente neste tipo de exploração, a ponto de sermos hoje líderes mundiais neste setor. Muitos foram os desafios impostos para exploração de petróleo enquanto as profundidades das lâminas d’água aumentavam. As estruturas fixas (jaquetas), empregadas em águas mais rasas, começaram a ter seu uso inviabilizado, pois para águas profundas deveriam ser construídas estruturas excessivamente rígidas e caras. Nesse sentido, as plataformas de concreto demonstraram que seu comportamento em meio offshore é de boa qualidade, sobretudo devido à alta durabilidade do material concreto. Segundo Adebar e Collins (1994) os procedimentos para projetar estruturas de concreto offshore, embora as mesmas sejam estruturas mais complexas, são similares aos utilizados para construir grandes estruturas. No entanto, a verificação da capacidade de resistência em seções particulares para as forças transversais, o comportamento não-linear da estrutura de concreto deve ser levado em consideração, evitando problemas de dimensionamento como o ocorrido, por exemplo, com a plataforma Sleipner A. Desta maneira, utilizando o processo iterativo proposto por Lourenço e Figueiras (1993), foi feito o dimensionamento de elementos de cascas ensaiados experimentalmente sujeitos a forças de membrana e a momentos fletores obtidos da literatura. Depois de feito o dimensionamento dos elementos de cascas, o seu comportamento foi analisado e comparado com o resultado numérico obtido pelo DIANA, programa de elementos finitos utilizado para a análise não-linear de estruturas

The first activities of offshore petroleum exploration in Brazil started in 1968 at Sergipe basin, approximately 30 meters depth until the explorations on deep water, between 1000 and 2000 meters, and ultra-deep water, greater than 2000 meters, at Campos basin, state of Rio de Janeiro, the Brazil has highlighted in the world in this kind of exploration, to become a world leaders in this sector. Many difficulties were imposed for the exploration of petroleum by the water depth increase. The fixed structures, known as jacket, used in shallow water, became impractical in deeper water, because, for this condition, these structures most be built too rigid and expensive. In this sense, reinforced concrete platforms have been demonstrating a better behavior in offshore environment, mainly due to the material high durability. In accordance with Collins e Adebar (1994), the procedures adopted in reinforced concrete offshore design are similar to those adopted in large structures design, though the offshore structure are much more complex. However, the material nonlinear behavior must be considered in the shear resistance capacity verification of particular cross-sections, so as to avoid problem with design as occurred, for example, with the platform Sleipner A. In this matter, using the iterative process proposed by Lourenço e Figueiras (1993), it will be made a design of shell elements tested experimentally subject to membrane force and bending moments found in the literature. After done the design of the shell elements, their behavior will be analyzed and compared to the numerical solution obtained with DIANA, a finite element program for non-linear structural analysis