Introdução
A cravação vibratória fornece um método de instalação importante para estacas de tubos de aço que é mais rápido e seguro do que a cravação tradicional com martelo de impacto. No entanto, sujeito a complexa interação dinâmica solo-estrutura durante a inserção oscilatória, estacas tubulares são suscetíveis a falhas de flambagem por instabilidade que podem impedir o alcance da profundidade terminal. Este estudo tem como objetivo avaliar numericamente o comportamento de flambagem utilizando análise de elementos finitos com modelos de solo calibrados., abrindo caminho para uma melhor orientação sobre as dimensões das estacas, adequação às condições do solo, e controles de direção.
Mecanismos de Flambagem
Existem vários modos potenciais de flambagem durante a instalação vibratória, dependendo das propriedades do solo e dos parâmetros de condução. A flambagem global envolve deformação lateral ao longo de todo o comprimento embutido, impulsionado pela resistência do solo que excede a capacidade crítica de flambagem. A flambagem local causa flambagem interna da parede da estaca em profundidades de concentração de tensão. As equações de projeto empírico existentes não levam em conta mecanismos transitórios, incluindo:
- Efeitos inerciais de frequências de excitação oscilatórias
- Variações de resistência do solo dependentes da taxa de deformação
- Carregamento e descarregamento lateral cíclico do solo
Abordagem de Modelagem Numérica
Para elucidar essas interações complexas, um modelo dinâmico de elementos finitos foi desenvolvido usando ABAQUS. A geometria da estaca de aço incluía um diâmetro de 600 mm, 20elemento de tubo longo m modelado com elementos de casca. O volume do solo circundante estendeu-se lateralmente por 20m e até 30m de profundidade, malha com elementos sólidos 3D de 8 nós. Elementos de interface ao longo do limite estaca-solo foram responsáveis pelo carregamento de atrito dinâmico. As condições geostáticas iniciais para a camada de argila com 10m de espessura foram definidas usando parâmetros de solo provenientes de testes triaxiais. Um tampão de solo cilíndrico foi embutido na pilha representando solo remodelado. O comportamento de flambagem foi avaliado usando soluções dinâmicas implícitas à medida que a estaca foi inserida sob excitações vibratórias predefinidas correspondentes a sistemas offshore.
Exemplos de dados
Exemplos de conjuntos de dados incluídos:
- Registro de teste de campo de instalação da resistência da estaca, AVC, taxa de inserção vs profundidade
- Dimensões da pilha, propriedades dos materiais, resultados de testes de solo no local de teste
- Estacas escavadas exibindo modos de flambagem e condições do solo que provocam falha
- Instrumentação de fundo de poço medindo pressões do solo, acelerações durante a condução
- Inspeção pós-drive usando técnicas como perfil a laser 3D para capturar geometrias
Comparação do monitoramento de campo com resultados de modelos numéricos destinados a validar capacidades de simulação e calibrar definições de comportamento do solo.
Resultados de exemplo
Simulações de uma estaca de oleoduto cravada através de argila de cobertura rígida até um estrato de areia resistente usando propriedades medidas do solo são mostradas na Figura 1. A flambagem global ocorreu aos 12m devido ao aumento acentuado da resistência. A flambagem local começou primeiro por volta dos 4 m de profundidade, onde as tensões atingiram o pico em uma protuberância correlacionada com uma estaca escavada no local. Pressões dinâmicas do solo desenvolvidas ao longo da estaca durante cada ciclo, consistentes com os dados do sensor de campo.
Figura 1. Resultados de flambagem mostrando (a) forma de pilha, (b) pressões do solo
no ciclo de profundidade de 4m
Comparações e Validação
Validações principais incluídas:
- Profundidades de flambagem combinadas dentro de 0,5 m entre estacas modeladas e escavadas
- Pressões de solo de campo e modelo acordadas dentro de 15kPa acima da profundidade
- As tendências de resistência dinâmica ao longo dos ciclos foram consistentes entre testes de campo e modelos
Os estudos de sensibilidade exploraram então a dependência do comportamento de flambagem em parâmetros de instalação, como magnitude/frequência do curso, bem como no tipo de solo. A condução otimizada foi avaliada para evitar falhas de flambagem dentro de condições limitantes.
Conclusões
A modelagem numérica mostrou-se capaz de capturar fenômenos dinâmicos de flambagem em estacas tubulares de aço submetidas a instalação vibratória. Os efeitos da interação solo-estrutura foram revelados através da comparação direta com dados de monitoramento de campo. Com mais refinamento, a abordagem validada pode otimizar as dimensões da pilha, avaliar a adequação da instalação, e desenvolver controles de direção dinâmicos – permitindo mais segurança, condução vibratória mais eficiente de fundações por estacas.
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..
