Introdução
As estacas tubulares cravadas são elementos de fundação comumente usados para transferir cargas de estruturas offshore através de estruturas fracas., solos compressíveis em estratos portadores. Durante a instalação através de condução de impacto, pedaços de solo coeso são cisalhados e compactados dentro da pilha, fornecendo resistência adicional significativa do eixo. A análise clássica de estacas, como os métodos de equação de onda, não consegue capturar a complexa interação solo-estrutura que governa a formação de tampão e seus efeitos no comportamento de condução. Este estudo tem como objetivo desenvolver um modelo de elementos finitos simulando o processo de condução de grandes deformações, esclarecendo as variáveis que controlam as características do plugue e as implicações para o design.
Revisão da literatura
Experimentos anteriores identificaram três zonas de obstrução características formadas durante a condução: uma zona esmagada no dedo do pé, uma zona central densamente compactada e uma zona cisalhada perto da superfície do solo (1). Os estudos também correlacionaram as dimensões do tampão com as propriedades do solo, energia de instalação e propriedades da pilha (2,3). No entanto, testes de estacas dinâmicas em grande escala continuam desafiadores. Modelos FE existentes simulavam comportamento axial estático, negligenciando o rendimento do solo induzido pela condução, crítico para a estabilidade do tampão cativo (4). Modelos de interface de acoplamento de dilatação de cisalhamento capturaram aumentos de capacidade axial, mas careciam de simulações de direção dinâmica (5). Geral, modelar com precisão o processo de condução e a evolução da interação solo-plug requer grandes análises de deformação.
Desenvolvimento de modelo FE
Um modelo acoplado solo-estrutura foi desenvolvido usando ABAQUS/Explicit. A estaca tubular de 2 m de comprimento tinha 75 mm de espessura de parede e malhas de 800 mm de diâmetro com elementos de casca de 4 nós.. A coluna de solo circundante de 15 m de comprimento era composta por elementos de tijolo de 8 nós com malha refinada ao redor da estaca. Foi utilizado o modelo de plasticidade do solo MIT-E3, calibrado a partir de testes triaxiais. Os elementos de interface ao longo da estaca simularam o comportamento friccional-coesivo com um critério de falha que leva em conta os efeitos de dilatância à medida que a deformação por cisalhamento aumenta (6). Os impactos foram aplicados através de cargas distribuídas no topo da estaca ao longo de históricos prescritos correspondentes às energias do martelo diesel.
Procedimento de Análise
Um esquema de solução implícita dinâmica incremental abordou a extrema não linearidade enquanto capturava grandes deformações do solo. A dissipação de energia em cada etapa de tempo determinou o desenvolvimento de plasticidade/compactação no solo ao redor e dentro da estaca durante a cravação. Os parâmetros de saída incluíram a evolução do comprimento da estaca instalada, resistência à cravação de estacas e respostas transitórias, bem como a geometria final do tampão de solo e perfil de densidade.
Resultados e Discussão
Figura 1 mostra a instalação da estaca até 6m de profundidade após 200 golpes, com o tampão final do solo claramente visível dentro da zona cativa de 5 m de comprimento. As densidades do solo excederam 2.000 kg/m3 nesta zona, em comparação com 1.900 kg/m3 a 1 m de distância., confirmando o intenso mecanismo de compactação. Resistência à cravação de estacas versus curvas de profundidade corresponderam às tendências experimentais, útil para validar previsões de capacidade. Análises paramétricas revelaram que a resistência da argila e as propriedades de interface influenciaram mais a forma/extensão do tampão, enquanto a energia motriz governa os níveis de compactação.
Figura 1. Malha FE deformada após a condução mostrando tampão de solo desenvolvido
Uma série de simulações adicionais examinou a transição do entupimento total para a parada/ejeção do tampão com o aumento da resistência do solo, a influência dos efeitos de remodelação e taxa de deformação, bem como implicações para a capacidade de projeto. De particular interesse, a estabilidade do tampão afetou os mecanismos de transferência de carga próximos à superfície do solo, enquanto a capacidade atenuada da energia de acionamento aumenta abaixo das profundidades de retenção do tampão.
Conclusões
Uma abordagem de modelagem FE de grande deformação simulou com sucesso a interação complexa entre solos coesos e estacas de aço durante a condução de impacto. Os resultados forneceram uma nova visão sobre como as propriedades do solo, o comportamento da interface e a entrada de energia governam as características de formação do tampão com profundidade. Comparações com dados experimentais validaram a adequação da técnica de modelagem para análise adicional do desempenho da estaca cravada e projeto otimizado. Trabalhos futuros incluem estender a metodologia para monoestacas em fundações offshore.
O uso de estacas tubulares na construção de fundações tem sido uma escolha popular há muitos anos.. As estacas tubulares são usadas para transferir a carga de uma estrutura para uma área mais profunda., camada mais estável de solo ou rocha.
Benefícios das treliças de tubos O uso de treliças de tubos na construção oferece várias vantagens notáveis: Força e capacidade de carga: As treliças de tubos são conhecidas por sua alta relação resistência/peso. Os tubos interligados distribuem as cargas uniformemente, resultando em uma estrutura robusta e confiável. Isto permite a construção de grandes vãos sem a necessidade de colunas ou vigas de apoio excessivas.
O padrão para tubos sem costura para transporte de fluidos depende do país ou região em que você está, bem como a aplicação específica. No entanto, alguns padrões internacionais amplamente utilizados para tubos sem costura para transporte de fluidos são: ASTM A106: Esta é uma especificação padrão para tubos de aço carbono sem costura para serviços em altas temperaturas nos Estados Unidos. É comumente usado em usinas de energia, refinarias, e outras aplicações industriais onde estão presentes altas temperaturas e pressões. Abrange tubos em graus A, B, e C, com propriedades mecânicas variáveis dependendo do grau. API 5L: Esta é uma especificação padrão para tubos usados na indústria de petróleo e gás.. Abrange tubos de aço sem costura e soldados para sistemas de transporte por dutos, incluindo tubos para transporte de gás, água, e óleo. Os tubos API 5L estão disponíveis em vários graus, como X42, X52, X60, e X65, dependendo das propriedades do material e dos requisitos de aplicação. ASTM A53: Esta é uma especificação padrão para tubos de aço preto e galvanizado por imersão a quente, sem costura e soldados, usados em vários setores., incluindo aplicações de transporte de fluidos. Cobre tubos em dois graus, A e B, com diferentes propriedades mecânicas e usos pretendidos. DE 2448 / EM 10216: Estas são as normas europeias para tubos de aço sem costura utilizados em aplicações de transporte de fluidos, incluindo água, gás, e outros fluidos. Consulte Mais informação
Os tubos sem costura para transporte de fluidos são projetados para resistir a vários tipos de corrosão, dependendo do material utilizado e da aplicação específica. Alguns dos tipos mais comuns de corrosão aos quais esses tubos são projetados para resistir incluem: Corrosão uniforme: Este é o tipo mais comum de corrosão, onde toda a superfície do tubo corrói uniformemente. Para resistir a este tipo de corrosão, os tubos geralmente são feitos de materiais resistentes à corrosão, como aço inoxidável ou revestido com revestimentos protetores. Corrosão galvânica: Isso ocorre quando dois metais diferentes estão em contato um com o outro na presença de um eletrólito., levando à corrosão do metal mais ativo. Para evitar corrosão galvânica, tubos podem ser feitos de metais semelhantes, ou podem ser isolados uns dos outros usando materiais isolantes ou revestimentos. Corrosão localizada: Pitting é uma forma localizada de corrosão que ocorre quando pequenas áreas na superfície do tubo se tornam mais suscetíveis ao ataque, levando à formação de pequenas covas. Este tipo de corrosão pode ser evitado usando materiais com alta resistência à corrosão., como ligas de aço inoxidável com adição de molibdênio, ou aplicando revestimentos protetores. Corrosão intersticial: A corrosão em fendas ocorre em espaços estreitos ou lacunas entre duas superfícies, tal Consulte Mais informação
Telas de arame em cunha, também conhecidas como telas de arame de perfil, são comumente usados em vários setores por suas capacidades de triagem superiores. Eles são construídos com arame de formato triangular,
2 7/8no tubo de revestimento de poço perfurado J55 K55 é um dos principais produtos de aço inoxidável, eles podem ser usados para água, óleo, campos de perfuração de poços de gás. As espessuras podem ser fornecidas de 5,51 a 11,18 mm com base na profundidade do poço do cliente e nas propriedades mecânicas exigidas. Normalmente eles são fornecidos com conexão de rosca, como NUE ou EUE, que será mais fácil de instalar no local. O comprimento de tubos de revestimento perfurados de 3 a 12 m está disponível para diferentes alturas de plataformas de perfuração do cliente. O diâmetro do furo e a área aberta na superfície também são personalizados. Os diâmetros de furo populares são 9mm, 12milímetros, 15milímetros, 16milímetros, 19milímetros, etc..
