Método para determinar o carregamento externo em dutos enterrados a partir da medição de tensões combinadas pela técnica de furo cego incremental

Abstract

A construção de malhas dutoviárias, instrumentos vitais para a economia de muitos países, surgiu da necessidade de transportar, com eficiência, agilidade e segurança, grandes volumes de óleo, gás e derivados. No Brasil, dutos estão normalmente enterrados. A cobertura de terra sobre eles oferece proteção física e mecânica. Todavia, a combinação entre fatores climáticos e geológicos poderia causar instabilidades do solo e, consequentemente, adicionar carregamentos significativos ao duto. Tais esforços imprevisíveis poderiam aumentar o risco de falhas em serviço ou mesmo acidentes no trecho enterrado, quando somados às cargas já existentes. Neste estudo, entende-se por tensões combinadas aquelas resultantes da ação simultânea de diferentes carregamentos que atuam no duto, incluindo as tensões residuais geradas na fabricação de tubos. Estas tensões são normalmente ignoradas do conjunto de tensões combinadas devido ao pouco conhecimento disponível sobre elas, bem como por sua difícil medição. No entanto, desprezá-las acaba por comprometer a determinação de alguns parâmetros de interesse, especialmente o carregamento axial atuante no duto em operação. Por isso, o presente estudo visa compreender os mecanismos de formação das tensões residuais na fabricação de tubos e, mais especificamente, mapear a distribuição destas em alguns exemplares selecionados, tipicamente utilizados na indústria de óleo e gás. Para tanto, um dispositivo óptico que combina a técnica do furo cego incremental (especificada na norma ASTM E837-13a) e a técnica de interferometria DSPI foi utilizado como ferramenta de medição dessas tensões. Os resultados experimentais apontam um comportamento equibiaxial entre as tensões residuais longitudinais e circunferenciais, além de perfis de tensões variáveis (na comparação entre as amostras de diferentes processos de fabricação) com predomínio de tensões compressivas na superfície externa dessas amostras. Posteriormente, define-se um conjunto de procedimentos para avaliar o carregamento induzido pelo solo através da medição das tensões combinadas, considerado a presença de tensões residuais.<br>

Abstract : Pipelines are vital instruments for economic activities as well as for the energy matrix of most countries. Their constructions are related to the need to transport large volumes of oil, gas and derivatives with efficiency, flexibility and security. Pipelines are usually buried in Brazil. The ground around the pipeline provides physical and mechanical protection. However, the combination between geological and climatic factors could cause ground instabilities and consequently could apply significate loads to the pipeline. These unpredictable loads could increase the risk of service failures or accidents in the pipeline when combined with existing loads. In this study, combined stresses are understood as those resulting from the action of various loading source simultaneously acting on the pipeline, including the residual stresses generated in the manufacturing of the pipe. Such stresses are usually ignored from the set of the combined stresses due to the little knowledge available as well as the difficulty for measuring them. However, disregarding residual stresses compromises the determination of some parameters of interest, especially the axial load acting on the pipeline under operation. Therefore, this study aims to understand the generation of residual stresses in the manufacturing of pipes and, more specifically, to map their distribution in some selected pipe samples that are typically used in the oil and gas industry. To this end, an optical portable device combining the hole-drilling technique (specified in ASTM E837-13a) and the interferometry DSPI technique was used as a measurement tool of these stresses. The experimental results have revealed an equibiaxial behavior between the longitudinal and circumferential residual stresses as well as non-uniform stress profiles (in the comparison among the pipes of the different manufacturing processes) with the predominance of compressive residual stresses on external surface of these pipes. Subsequently, this study defines a set of procedures to evaluate the external load induced by the ground throughout the measurement of the combined stresses and the consideration of the presence of residual stresses.