Monopol i 10004281

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESCOLA POLITCNICA Curso de Engenharia Civil

Departamento de Mecnica Aplicada e Estruturas

COMPARAO ENTRE O DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTRUTURA

OFFSHORE PELO MTODO DAS TENSES ADMISSVEIS E PELO MTODO DOS ESTADOS LIMITES

PAULA BALI CARNEVALE

Projeto de Final de Curso apresentado ao corpo docente do Departamento de Mecnica Aplicada e Estruturas da Escola Politcnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como requisito para obteno do ttulo de Engenheiro Civil.

Aprovado por:

_______________________________________

Nelson Szilard Galgoul (orientador)

Prof. Adjunto, D.Sc. COPPE/UFRJ

_______________________________________

Augusto Cludio Paiva e Silva

Prof. Adjunto, M.Sc. DME/EP/UFRJ

_______________________________________

Francisco Jos Costa Reis

Prof. Assistente, M. Sc. DME/EP/UFRJ

Aos meus pais, que muito se sacrificaram para que eu conquistasse essa vitria.

Agradecimentos

Agradeo principalmente a Deus, por ter colocado em meu caminho oportunidades para que eu pudesse estudar.

Agradeo aos meus pais, Celso e Lucia, e ao meu irmo, Pedro, por todo sacrifcio, pacincia, fora e ensinamentos.

Agradeo a todos da minha famlia, por estarem sempre preocupados, procurando o melhor pra mim e me aconselhando para que eu seguisse pelo melhor caminho na vida profissional.

Agradeo tambm ao meu namorado, Vitor, pela fora nos momentos mais difceis.

Agradeo ao meu orientador, Nelson, pela simpatia, pacincia e conhecimentos.

Agradeo aos meus colegas de trabalho, Eliane, Marquinhos, Mrcio, Marcello, Ruperto, Joo, Maria, Alessandra e Gustavo, por sempre estarem disposto a me ajudar com toda sua experincia.

Agradeo aos professores que foram pacientes e se preocupam com o aprendizado dos alunos, apesar de nossas e de suas prprias dificuldades.

Agradeo tambm aos meus amigos, por estarem sempre proporcionando momentos de alegrias e tambm me aconselhando, para que se tornasse menos rdua a caminhada at chegar aqui.

Agradeo, enfim, a todos que contriburam direta ou indiretamente para que eu conquistasse essa vitria e espero continuar contando com todos daqui por diante.

Resumo

O estudo desenvolvido neste trabalho tem como objetivo a comparao do dimensionamento de uma estrutura offshore pelo Mtodo das Tenses Admissveis e pelo Mtodo dos Estados limites ltimos.

O interesse pelo estudo veio do fato de que a utilizao do Mtodo dos Estados Limites est cada vez mais difundido nas verificaes de estruturas e recebendo investimento em pesquisas, enquanto que o Mtodo das Tenses Admissveis, apesar de ainda ser bastante empregado, devido a sua simplicidade, tende a ficar obsoleto com o avano nos estudos em estados limites.

Diversas normas especficas para estruturas offshore foram consultadas ao longo deste projeto, como ser visto.

No captulo Introduo, h um breve resumo da estrutura a ser verificada pelos dois mtodos.

No captulo Modelo estrutural, feita a apresentao do modelo feito no programa de clculo SACS [1].

O captulo Carregamentos, mostra os diversos carregamentos aplicados na estrutura.

No captulo Combinaes de carga constam as combinaes de carregamentos retiradas de diversas normas especficas, com suas devidas aceleraes de onda.

J no captulo Resultados das anlises encontram-se duas comparaes entre os dois mtodos de dimensionamento atravs dos unity checks, uma breve concluso entre essas comparaes, a verificao dos deslocamentos da estrutura e uma viso mais detalhada dos resultados obtidos do SACS [1].

E finalmente o captulo Concluso, onde so feitas consideraes sobre o que foi estudado neste projeto.

2

ndice

1 Introduo ............................................................................................................. 7 2 Mtodos de dimensionamento ............................................................................. 9

2.1 Consideraes iniciais .......................................................................................................... 9 2.2 Introduo aos mtodos ........................................................................................................ 9 2.3 Mtodo das Tenses Admissveis ........................................................................................ 10 2.4 Mtodo dos Estados Limites ............................................................................................... 11

3 Modelo estrutural ............................................................................................... 13 3.1 Consideraes sobre o modelo estrutural........................................................................... 13 3.2 Material ............................................................................................................................... 15 3.3 Propriedades dos membros (estrutura primria) ............................................................... 16 3.4 Propriedades das placas (estrutura secundria) ................................................................ 19 3.5 Apoios do mdulo................................................................................................................ 22 3.6 Ns do modelo ..................................................................................................................... 23

4 Carregamentos.................................................................................................... 25 4.1 Consideraes iniciais ........................................................................................................ 25 4.2 Carregamento de peso prprio (1, 2 e 3) ............................................................................ 26 4.3 Carregamento de equipamentos (4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10) ........................................................ 29 4.4 Carregamento de tubulao, eltrica, instrumentao e aparelhamento (11, 12 e 13) .... 33 4.5 Carregamento de sobrecarga (14, 15 e 16)......................................................................... 35 4.6 Carregamento de vento (17 e 18)........................................................................................ 38

5 Combinaes de carga........................................................................................ 42 5.1 Introduo........................................................................................................................... 42 5.2 Condies de dimensionamento ......................................................................................... 42 5.3 Combinaes de carga gerais ............................................................................................. 43

5.3.1 Condio de Dimensionamento Operacional Esttica CDS .................................... 45 5.3.2 Condio de Dimensionamento Operacional CDO................................................. 45 5.3.3 Condio de Dimensionamento Extremo CDE ....................................................... 45 5.3.4 Condio de Dimensionamento com Inclinao de 17 CD17............................... 46 5.3.5 Condio de Dimensionamento com Inclinao de 25.7 CD25............................ 46 5.3.6 Condio de Dimensionamento em Trnsito CDT.................................................. 46

5.4 Aceleraes.......................................................................................................................... 47 5.5 Combinaes de carga segundo os mtodos de dimensionamento.................................... 49

5.5.1 Combinaes segundo o Mtodo das Tenses Admissveis....................................... 49

3

5.5.2 Combinaes segundo o Mtodo dos Estados Limites............................................... 55 5.5.3 Resumo das combinaes de carga ............................................................................ 62

6 Resultados das anlises ...................................................................................... 63 6.1 Comparao entre CDE e CDT com ELU1a,b e ELU2a,b................................................ 64 6.2 Comparao entre CD17 e CD25 com ELA17 e ELA25 .............................................. 68 6.3 Concluso sobre as comparaes ....................................................................................... 72 6.4 Visualizao dos resultados ................................................................................................ 73 6.5 Verificao de deslocamento .............................................................................................. 76

7 Concluso ............................................................................................................ 78 8 Referncias .......................................................................................................... 79 9 Anexo ................................................................................................................... 80

4

ndice de figuras

Figura 1 Modelo 3D da plataforma .............................................................................................. 7

Figura 2 Planta chave do mdulo Vista superior da plataforma................................................ 8

Figura 3 Modelo estrutural ......................................................................................................... 13

Figura 4 Detalhe para visualizao do alinhamento das vigas ................................................... 14

Figura 5 Diagonais rotuladas e eixo local do membros no plano y = 0 ..................................... 14

Figura 6 Coeficiente de flambagem das diagonais (Plano x = 0)............................................... 15

Figura 7 Exemplo de definio do grupo e seo de membros .................................................. 16

Figura 8 Grupos dos membros nos planos z = 57.3 m e z = 68.3 m .......................................... 17

Figura 9 - Grupos dos membros nos planos y = 0.0 m e y = 20.0 m............................................. 17

Figura 10 - Grupos dos membros no plano y = 10.0 m................................................................. 18

Figura 11 - Grupos dos membros no plano x = 0.0 m e x = 35.61 m............................................ 18

Figura 12 Seo dos enrijecedores (metade do perfil W 360x39).............................................. 19

Figura 13 Exemplo de definio de grupo de placa ................................................................... 20

Figura 14 - Grupos das placas nos planos z = 57.3 m e z = 68.3 m .............................................. 21

Figura 15 Apoios do mdulo ...................................................................................................... 22

Figura 16 Numerao dos ns na elevao 57300 mm .............................................................. 23

Figura 17 - Numerao dos ns na elevao 68300 mm............................................................... 24

Figura 18 N de origem do modelo............................................................................................ 24

Figura 19 Peso prprio da estrutura primria ............................................................................. 26

Figura 20 Peso prprio da estrutura secundria.......................................................................... 27

Figura 21 Localizao dos equipamentos................................................................................... 29

Figura 22 Exemplo de carregamento dos equipamentos pelo comando SKID .......................... 30

Figura 23 Peso dos equipamentos em operao ......................................................................... 31

Figura 24 Peso dos equipamentos em teste ................................................................................ 31

Figura 25 Peso dos equipamentos vazios ................................................................................... 32

Figura 26 Carregamento de tubulao........................................................................................ 33

Figura 27 - Carregamento de eltrica, instrumentao e aparelhamento ...................................... 34

Figura 28 Carregamento de sobrecarga na elevao 57300 ....................................................... 35

Figura 29 - Carregamento de sobrecarga na elevao 68300........................................................ 36

Figura 30 Carregamento de estocagem ...................................................................................... 36

Figura 31 Carregamento de vento na direo x.......................................................................... 41

5

Figura 32 - Carregamento de vento na direo y........................................................................... 41

Figura 33 - Planta chave da plataforma com seus eixos de referncia .......................................... 47

Figura 34 - Fatores de resistncia para o Mtodo dos Estados Limites ........................................ 56

Figura 35 Exemplo do comando REVIEW MEMBER para o Mtodo das Tenses Admissveis............................................................................................................................................... 73

Figura 36 - Exemplo do comando REVIEW MEMBER para o Mtodo dos Estados Limites..... 73

Figura 37 Deslocamento do n 53 para combinao de carga 165 ............................................ 77

6

ndice de tabelas

Tabela 1 Carregamentos Bsicos 1, 2 e 3................................................................................... 28

Tabela 2 Dados dos equipamentos ............................................................................................. 30

Tabela 3 Carregamentos Bsicos 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10................................................................. 32

Tabela 4 Carregamentos Bsicos 11, 12 e 13............................................................................. 34

Tabela 5 Tabela de carregamento de sobrecarga........................................................................ 35

Tabela 6 - Carregamentos Bsicos 14, 15 e 16.............................................................................. 37

Tabela 7 - Velocidade do vento para uma durao de 10 minutos e altura de 10 metros ............. 38

Tabela 8 - Taxa entre a velocidade desejada e a velocidade de referncia ................................... 39

Tabela 9 - Condies de dimensionamento................................................................................... 42

Tabela 10 - Casos de combinaes de carga ................................................................................. 43

Tabela 11 - Combinaes de carga para situaes temporrias .................................................... 44

Tabela 12 - Combinaes de carga para situaes em funcionamento ......................................... 44

Tabela 13 - Aceleraes ................................................................................................................ 47

Tabela 14 - Fatores de majorao da tenso admissvel................................................................ 49

Tabela 15 - Tabela resumo:combinao de carga geral e tenso admissvel ............................. 50

Tabela 16 - Combinao CDS para o Mtodo das Tenses Admissveis ..................................... 51

Tabela 17 - Combinao CDO para o Mtodo das Tenses Admissveis..................................... 52

Tabela 18 - Combinao CDE para o Mtodo das Tenses Admissveis ..................................... 52

Tabela 19 - Combinao CD17 para o Mtodo das Tenses Admissveis .................................. 53

Tabela 20 - Combinao CD25 para o Mtodo das Tenses Admissveis .................................. 53

Tabela 21 - Combinao CDT para o Mtodo das Tenses Admissveis ..................................... 54

Tabela 22 Fatores de carga para ELU ........................................................................................ 55

Tabela 23 - Combinaes de carga para situaes temporrias .................................................... 56

Tabela 24 - Combinaes de carga para situaes de operao .................................................... 57

Tabela 25 Combinaes ELU1a,b para o Mtodo dos Estados Limites .................................... 58

Tabela 26 - Combinaes ELU2a,b para o Mtodo dos Estados Limites ..................................... 59

Tabela 27 - Combinaes ELA17 para o Mtodo dos Estados Limites...................................... 60

Tabela 28 - Combinaes ELA25 para o Mtodo dos Estados Limites....................................... 61

Tabela 29 - Combinaes SLS para o Mtodo dos Estados Limites............................................. 62

Tabela 30 Combinaes de carga para MTA e MEL ................................................................. 62

Tabela 31 Limites de deslocamentos.......................................................................................... 76

7

1 INTRODUO Este Projeto de Final de Curso foi elaborado visando tirar concluses no que diz respeito

migrao da utilizao do Mtodo das Tenses Admissveis para o Mtodo dos Estados Limites em estruturas de ao. Alm disso, tambm objetiva ampliar os conceitos sobre o clculo de estruturas offshore, muito singulares no que diz respeitos s condies de carregamento analisadas.

Condizendo com o que foi dito anteriormente, neste projeto ser feita a comparao da verificao estrutural de um mdulo de uma plataforma de petrleo, analisado primeiramente pelo Mtodo das Tenses Admissveis e, posteriormente, pelo Mtodo dos Estados Limites.

Sero comparados os resultados encontrados nas duas anlises e tiradas concluses sobre vantagens e desvantagens entre os dois mtodos de dimensionamento.

O mdulo analisado parte de uma plataforma semi submersvel localizada na Bacia de Campos. A plataforma tem como finalidade a produo e estocagem de petrleo. Sua capacidade de aproximadamente 150 mil barris de petrleo por dia. Alm de estocar e transferir o petrleo, a plataforma tem a funo de processa-lo, retirando do leo encontrado dos reservatrios, a gua e o gs.

A funo do mdulo em estudo a separao de leo. A figura 1 consiste em um modelo tridimensional da plataforma analisada. A localizao do mdulo na plataforma pode ser vista na figura 2.

Figura 1 Modelo 3D da plataforma

8

Figura 2 Planta chave do mdulo Vista superior da plataforma

9

2 MTODOS DE DIMENSIONAMENTO

2.1 Consideraes iniciais

Neste captulo so abordados os mtodos de dimensionamento e verificao da segurana utilizada no presente projeto. Trata-se de uma conceituao do Mtodo das Tenses Admissveis e do Mtodo dos Estados Limites, como tambm descreve um breve histrico e uma comparao entre os mtodos.

importante salientar que este projeto baseado em normas aceitas pelos principais clientes e certificadoras de estruturas offshore. Apesar de os mtodos serem exatamente os mesmos, independente na norma consultada, seus valores de coeficientes podem divergir.

2.2 Introduo aos mtodos

Nas obras de engenharia, a principal preocupao manter a integridade estrutural das construes. Porm, dois aspectos fundamentais devem ser considerados: segurana e economia. necessrio manter a segurana que proporcione estrutura capacidade de suportar as variadas aes que possam solicit-la ao longo da vida til, assim como as condies de funcionalidade a que foi destinada. E no acirrado mercado de trabalho atual, tambm objeto buscar a maior economia possvel no projeto.

Para que a segurana e a economia das estruturas fossem asseguradas, vrios mtodos passaram a serem utilizados nos projetos estruturais, cujos estudos tm avanado constantemente, na busca de melhores resultados.

O primeiro mtodo empregado poderia ser denominado Mtodo Intuitivo, no qual a segurana das construes era obtida pelas concepes baseadas na intuio dos projetistas e construtores, que podia ser pura ou, mais comumente, condicionada por sucessos e insucessos de construes anteriores.

Com o desenvolvimento da mecnica estrutural, foram criadas teorias quantitativas que progressivamente reproduziam melhor os diversos comportamentos estruturais. Essas melhorias ocorreram, entre outros motivos, nas definies reolgicas dos materiais, na determinao dos esforos solicitantes, nas deformaes e deslocamentos provocados por determinado carregamento ou ainda na definio de critrios de resistncia dos materiais.

Comeam a ser utilizados ento, os mtodos que sero estudados neste projeto: o Mtodo das Tenses Admissveis e o Mtodo dos Estados Limites. Tambm so feitas pesquisas no mbito de um mtodo probabilstico, mas que no ser estudado neste projeto.

10

2.3 Mtodo das Tenses Admissveis

O mtodo de clculo estrutural tradicional que dominou a maioria do sculo vinte foi o mtodo de clculo em Tenses Admissveis, tambm conhecido na literatura americana com WSD (Working Stress Design) ou ASD (Allowable Stress Desig). Ele teve origem na metade do sculo anterior quando os princpios de mtodos viveis de anlise linear elstica foram formulados, o que levou convenientemente ao clculo de tenses.

Este um mtodo determinstico, ou seja, para um mesmo corpo, com as mesmas vinculaes, a aplicao de uma solicitao, de acordo com determinada lei de variao ao longo do tempo, se pudesse ser repetida diversas vezes, produziria em todas elas os mesmos esforos internos, as mesmas deformaes e os mesmos deslocamentos.

No Mtodo das Tenses Admissveis a estrutura investigada sob aes de trabalho (nominais), impondo-se que uma tenso admissvel no seja excedida. As aes de trabalho so as mximas aes esperadas para o tempo de vida til da estrutura. As tenses resultantes so calculadas admitindo comportamento elstico e linear. A tenso admissvel uma frao de alguma tenso limitante, tal como a tenso de escoamento ou a tenso crtica de flambagem. A relao da tenso limitante para a tenso admissvel denominada fator de segurana. Este fator prev a possibilidade de ocorrncia de valores desfavorveis das aes e propriedades dos materiais, assim como as incertezas do modelo terico. Os valores dos fatores de segurana representam o juzo e experincia coletiva da atividade do clculo estrutural.

A equao bsica para o Mtodo das Tenses Admissveis mostrada abaixo:

max yF , onde:

Fy = tenso de escoamento do material

= coeficiente que considera incertezas quanto ao carregamento, resistncia do material, modelo de clculo utilizado e imperfeies na execuo. Seu valor depende do tipo de solicitao.

O clculo em tenses admissveis um mtodo de clculo muito atrativo, fcil de usar do ponto de vista computacional e de fcil compreenso. Basta simplesmente verificar se a estrutura segura sob aes que so fixadas em valores altos, usando uma tenso admissvel substancialmente abaixo de um valor limitante. O mtodo assegura que sob condies extremas de carregamento, que podem ser verificadas facilmente, a estrutura responde elasticamente. No h problemas com a presena de mltiplas aes, podendo haver a superposio de efeitos.

Apesar dos atrativos citados acima, o mtodo tambm apresenta suas desvantagens. Inicialmente, o mtodo de clculo em tenses admissveis d pouca informao sobre a capacidade real da estrutura. Para diferentes tipos de estruturas, a relao da ao limite baseada em tenses admissveis para a resistncia ltima at certo ponto varivel. Isto especialmente verdade para estruturas indeterminadas estaticamente. Para muitas estruturas (por exemplo estruturas de concreto armado), a suposio de linearidade entre tenses e deformaes, esforos e aes, no muito realista at mesmo sob nveis de ao de trabalho. O mtodo tambm no

11

considera as condies em servio, que poderiam invalidar a estrutura, como por exemplo uma deformao excessiva. No comeo deste sculo, ficou tambm evidente para muitos engenheiros, que o mtodo de tenses admissveis no foi uma ferramenta de clculo muito econmica. Isto levou ao desenvolvimento de mtodos de clculo plstico para estruturas de ao no perodo de 1940 a 1950. Outros pesquisadores comearam a perceber a possibilidade de quantificar os juzos e incertezas que so a base dos fatores de segurana, usando teoria de probabilidade.

Fora destas vrias razes tais como, teoria de probabilidade, de plasticidade e pesquisa extensa do comportamento de resistncia ltima de vrios tipos de estruturas e conexes, surgiu a primeira gerao de normas de clculo baseadas na capacidade ltima e, eventualmente, conhecidas como normas de clculo em estados limites.

2.4 Mtodo dos Estados Limites Este um mtodo semi-probabilstico, ou seja, fundamentado em anlise estatstica com

coeficientes ponderadores aplicados tanto s aes quanto s resistncias dos materiais, porm admitindo o comportamento estrutural como determinstico. Por esse fato chamado semi-probabilstico.

Um estado limite ocorre sempre que a estrutura deixa de satisfazer um de seus objetivos, que podem ser divididos em estados limites ltimos e estados limites de utilizao.

Os estados limites ltimos esto associados ocorrncia de cargas excessivas e conseqente colapso da estrutura devido, por exemplo, a perda de equilbrio como corpo rgido, ruptura de uma ligao ou seo ou instabilidade em regime elstico ou no.

A equao bsica do mtodo, que garante a segurana da estrutura, mostrada abaixo. Ela deve ser verificada para cada seo da estrutura.

Sd = S(fiFi) < Rd = Ru , onde:

Sd = solicitao de projeto

Fi = cargas a serem combinadas

fi = coeficientes de majorao das cargas

Ru = resistncia nominal do material

Rd = resistncia de projeto do material

= coeficiente de minorao da resistncia

Os coeficientes refletem as variabilidades dos valores caractersticos dos diversos carregamentos e das caractersticas mecnicas do material. Para cada tipo de carregamento existe um coeficiente apropriado. Os valores dos coeficientes iro depender da norma de dimensionamento adotada, visto que cada norma possui estudos diferentes para se basear.

Trata-se portanto de um mtodo que considera as incertezas de forma mais racional que do que o mtodo das tenses admissveis, alm de considerar as reservas de resistncia aps o incio da plastificao.

12

Os estados limites de utilizao incluem a verificao das deformaes e vibraes excessivas.

O dimensionamento feito com o valor das cargas em servio, a fim de verificar o funcionamento da estruturas para as cargas que estaro realmente atuando, sem majorao.

desejvel verificar se no haver deslocamento nem vibrao excessiva, pois estes fenmenos poderiam acarretar sensao de insegurana aos usurios da estruturas, danificar equipamentos, formao de fissuras em alvenarias, entre muitos outros fatores indesejveis na vida til da estrutura.

Na literatura consultada para este projeto [2], encontra-se ainda mais dois tipos de estados limites: estado limite de acidente e o estado limite de fadiga.

possvel concluir que o Mtodo dos Estados Limites proporciona um dimensionamento mais detalhado e claro da estrutura, alm de propiciar o lanamento de uma estrutura mais econmica que o Mtodo das Tenses Admissveis.

As concluses podero ser tiradas com mais embasamento no final deste trabalho, aps a comparao do dimensionamento do mdulo por ambos os mtodos.

Na literatura americana o Mtodo dos Estados Limites conhecido como LFRD (Load and Resistance Factor Design).

13

3 MODELO ESTRUTURAL

Para anlise do mdulo utilizado o programa de clculo SACS IV [1].

Neste, gerado um modelo tridimensional de barras e chapas, a fim de representar a estrutura do mdulo.

Algumas consideraes sero feitas para total esclarecimento do modelo.

3.1 Consideraes sobre o modelo estrutural

Neste item so feitas algumas consideraes sobre a estrutura modelada. O modelo tridimensional pode ser visualizado na Figura 3.

Figura 3 Modelo estrutural

Como dito previamente, o modelo da estrutura primria formado por ns e membros.

Os membros que representam as vigas foram modelados, em ambas as elevaes, alinhados pelo topo das vigas. Isso foi possvel atravs do comando OFFSET. Ver detalhe na figura 4.

14

Figura 4 Detalhe para visualizao do alinhamento das vigas

As placas so modeladas com a simples funo de representar certa rigidez, dificultando a distoro das vigas. So modeladas placas enrijecidas, com meio perfil W 360x39, espaados de uma certa distncia, como mostram os desenhos 106 e 107 no anexo deste trabalho.

Como as chapas de piso no so modeladas para dar travamento para a flambagem lateral torsional., as vigas so todas modeladas com kz = 0,1, visto que os flanges comprimidos, na realidade, so totalmente travados pelas chapas de piso e enrijecedores.

As diagonais so rotuladas para o momento fletor em torno do eixo z local das barras, em funo do seu detalhe de construo. Ver Figura 5

Figura 5 Diagonais rotuladas e eixo local do membros no plano y = 0 J para os momentos em torno do eixo y local, as diagonais so consideradas de certo modo engastadas. Dessa forma foi considerado um coeficiente ky = 0,8, de acordo com o item 3.3.1.d (Member Slenderness) da norma API RP 2A WSD [7] . Ver figura 6

15

Figura 6 Coeficiente de flambagem das diagonais (Plano x = 0)

3.2 Material

Abaixo esto listadas as propriedades do ao utilizado para formar os perfis soldados e as chapas de piso.

Tenso de escoamento (Fy): 355MPa Mdulo de elasticidade (E): 20000 kN/cm Mdulo de elasticidade transversal (G): 8000 kN/m Peso especfico: 78,49 kN/m

16

3.3 Propriedades dos membros (estrutura primria)

As informaes sobre a estrutura primria podem ser encontradas nos desenhos 101, 102, 103 104 e 105 (ver anexo).

Todos os membros so formados por perfis I soldados. Os perfis so divididos em grupos, onde so associados a uma seo e s propriedades do material.

Abaixo encontra-se uma parte da sada do programa, contendo as propriedades de cada grupo de membros.

WIDE FLANGE/WIDE FLANGE COMPACT,MEMBER PROPERTIES

JNT ** FLANGE ** WEB FILET E G AXIAL **** MOMENTS OF INERTIA **** YIELD KY KZ FLANGE SECT TPR

GRP M/S THK THICK WIDTH THICK RAD. DEPTH 1000 1000 AREA X-X Y-Y Z-Z STRESS BRACE LEN

M CM CM CM CM CM KN/CM2KN/CM2 CM**2 CM**4 CM**4 CM**4 KN/CM2 M M

CS1 1 0.0 4.00 80.00 1.600 1.600 100.00 20.0 8.0 787.2 3511. 0.1579E+07 0.3414E+06 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

CS5 1 0.0 1.90 35.00 1.200 1.200 50.00 20.0 8.0 188.4 193.0 0.8683E+05 0.1358E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

DS1 1 0.0 2.50 45.00 1.600 1.600 50.00 20.0 8.0 297.0 550.4 0.1392E+06 0.3798E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

DS2 1 0.0 2.50 55.00 1.900 1.900 60.00 20.0 8.0 379.5 738.6 0.2538E+06 0.6935E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

DS4 1 0.0 2.50 45.00 1.900 1.900 50.00 20.0 8.0 310.5 611.6 0.1415E+06 0.3799E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS1 1 0.0 4.00 50.00 1.900 1.900 150.00 20.0 8.0 669.8 2468. 0.2586E+07 0.8341E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS3 1 0.0 2.50 45.00 1.600 1.600 125.00 20.0 8.0 417.0 652.8 0.1075E+07 0.3801E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS4 1 0.0 2.50 40.00 1.200 1.200 125.00 20.0 8.0 344.0 487.8 0.9232E+06 0.2668E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS5 1 0.0 1.90 35.00 1.200 1.200 85.00 20.0 8.0 230.4 213.2 0.2832E+06 0.1359E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS6 1 0.0 1.60 30.00 1.000 1.000 85.00 20.0 8.0 177.8 112.2 0.2126E+06 7207. 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS7 1 0.0 1.90 35.00 1.000 1.000 50.00 20.0 8.0 179.2 177.6 0.8519E+05 0.1358E+05 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

VS8 1 0.0 1.60 25.00 0.800 0.800 50.00 20.0 8.0 117.4 76.90 0.5370E+05 4169. 35.5 1.0 1.0 0.0 0.00

Na Figura 7 encontra-se um exemplo da seo e do grupo do perfil VS1.

Figura 7 Exemplo de definio do grupo e seo de membros

17

A seguir encontram-se figuras retiradas do SACS [1} contendo o grupo de cada membro.

Figura 8 Grupos dos membros nos planos z = 57.3 m e z = 68.3 m

Figura 9 - Grupos dos membros nos planos y = 0.0 m e y = 20.0 m

18

Figura 10 - Grupos dos membros no plano y = 10.0 m

Figura 11 - Grupos dos membros no plano x = 0.0 m e x = 35.61 m

19

3.4 Propriedades das placas (estrutura secundria)

As informaes sobre a estrutura secundria podem ser encontradas nos desenhos 106 e 107 em anexo.

As placas enrijecidas tambm so separadas por grupos. As placas so diferenciadas pelo espaamento dos enrijecedores. feita uma mdia dos espaamentos, a fim de no obter um nmero muito grande de grupos de placas.

Abaixo encontra-se uma parte da sada do programa, contendo as propriedades de cada grupo de placas e dos enrijecedores.

*************** PLATE STIFFENER DESCRIPTIONS ***************

************** CROSS SECTION DETAILS ************** ******* PROPERTIES *******

BRKT UNSUPP GIRD

TYPE SECTION A B C D E F SPAC LENGTH OPT AREA Z-BAR I

CM CM CM CM CM CM CM CM (CM**2) (CM) (CM**4)

IBM W360 17.500 0.650 12.800 0.650 0.100 1.070 0.00 0.00 OFF 24.3755 13.1314 700.96

PLATE GROUP REPORT

PLATE THICK TYPE ELAST POIS. YIELD ********** X-STIFFENERS ********** ********** Y-STIFFENERS ********** *** PLATE OFFSETS ***

GROUP MOD RATIO STRESS TX IY DXU DXL SPAC TY IX DYU DYL SPAC DPY DPX Z-OFF

1000

CM KN/CM2 KN/CM2 CM/CM CM**4/CM CM CM CM CM/CM CM**4/CM CM CM CM CM CM CM

P60 0.800 STIF 20.00.250 35.50 0.406 44.46 7.17 -10.33 60.00 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 7.57 0.00 0.00

P65 0.800 STIF 20.00.250 35.50 0.375 41.04 7.17 -10.33 65.00 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 7.57 0.00 0.00

P70 0.800 STIF 20.00.250 35.50 0.348 38.11 7.17 -10.33 70.00 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 7.57 0.00 0.00

P75 0.800 STIF 20.00.250 35.50 0.322 35.24 7.17 -10.33 75.70 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 7.57 0.00 0.00

P85 0.800 STIF 20.00.250 35.50 0.287 31.38 7.17 -10.33 85.00 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 7.57 0.00 0.00

Na Figura 12, mostrada a tela de definio das propriedades dos enrijecedores.

Figura 12 Seo dos enrijecedores (metade do perfil W 360x39)

20

Finalmente so definidos os grupos das placas. Na Figura 13 mostrado um exemplo para o grupo P60.

Figura 13 Exemplo de definio de grupo de placa

21

Na Figura 14, retirada do SACS [1], so mostrados os grupos de placas em ambas as elevaes.

Figura 14 - Grupos das placas nos planos z = 57.3 m e z = 68.3 m

22

3.5 Apoios do mdulo

Os apoios do mdulo so retirados do desenho 100 em anexo e mostrados na Figura 15.

O nmero 1 significa movimento restrito, enquanto o nmero 0 significa movimento livre. Os movimentos so designados na seguinte ordem: translaes em x, y e z e rotaes em torno de x, y e z.

Figura 15 Apoios do mdulo

Exemplo:

Translaes Rotaes

x y z x y z

1 0 1 0 0 0

23

3.6 Ns do modelo

Os nmeros dos ns do modelo so mostrados nas Figuras 16 e 17.Esses dados so importantes para a sada de resultados do programa. O n de origem do modelo o n 5, mostrado na figura 18. Os ns tambm so importantes para localizao dos membros, que so definidos pelo seu n final e n inicial.

Figura 16 Numerao dos ns na elevao 57300 mm

24

Figura 17 - Numerao dos ns na elevao 68300 mm

Figura 18 N de origem do modelo

Origem: n 5

Coordenadas:

x = 0.000 m

y = 0.000 m

z = 57.300 m

25

4 CARREGAMENTOS

4.1 Consideraes iniciais

Algumas observaes iniciais so feitas sobre o carregamento do mdulo.

Primeiramente necessrio citar que os carregamentos de peso prprio (1, 2 e 3) e de equipamentos (4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10) so acrescidos de seu valor em 15%, como um fator de contingncia. O motivo desse fator explicado em cada item de carregamento.

Tambm necessrio observar que os carregamentos nas direes x e y, sejam quais forem seu tipo (peso prprio, equipamentos,...), possuem o mesmo valor do carregamento na direo z. Esses carregamentos nas direes x e y so utilizados para representar os carregamentos devidos as ondas.

Os valores das aceleraes encontram-se em funo do valor da carga. Desse modo, a acelerao em uma dada direo, multiplicada pelo valor total da carga, representa o carregamento gerado pela onda nessa direo, para cada carregamento.

Tambm se deve salientar que as cargas distribudas somente carregam as vigas modeladas na direo y. Isso se deve ao fato de os enrijecedores estarem dispostos da direo x, fazendo com que o painel de chapas atua como uma laje armada em 1 direo.

26

4.2 Carregamento de peso prprio (1, 2 e 3)

Neste carregamento considerado um fator de contingncia de 1,15, a fim de cobrir o peso de conexes, soldas e eventuais incertezas. Esse fator considerado nas combinaes de cargas.

O carregamento de peso prprio da estrutura primria (vigas, colunas e diagonais) gerado automaticamente pelo SACS [1] e peso total mostrado na Figura 19. Este carregamento denominado PP.

Figura 19 Peso prprio da estrutura primria

O peso prprio das chapas enrijecidas calculado abaixo. Os enrijecedores so formados por metade de um perfil W 360x39.

Peso dos enrijecedores:

Peso linear dos enrijecedores: penr 19.5Nm

:=Nmero total de enrijecedores:Nenr 47:=Comprimento dos enrijecedores:Lenr 20m:=rea de chapa de piso: A 712.2m2:=Peso dos enrijecedores por metro quadrado:Penr

Nenr Lenr penrA

:= Penr 0.026kN

m2=

27

A favor da segurana, aplicada uma carga de 1,0 kN/m nas duas elevaes do mdulo (Figura 20). Esta carga de peso da estrutura secundria denominada PLACA.

Figura 20 Peso prprio da estrutura secundria

Ptotal 0.642kN

m2=Ptotal Penr Pchapa+:=Peso total da chapa enrijecida por metro quadrado:

Pchapa 0.616kN

m2=Pchapa

PA

:=Peso da chapa por metro quadrado:

P 438.715kN=P Vchapa a:=Peso total de chapa:Vchapa 5.698m

3=Vchapa A tchapa:=Volume total de chapa:tchapa 8mm:=Espessura da chapa:

a 77kN

m3:=Peso especfico da chapa (ao):

Peso da chapa de piso:

28

A Tabela 1, mostra o resumo das cargas de peso prprio.

Tabela 1 Carregamentos Bsicos 1, 2 e 3

Estrutura Primria (PP) 2930,038

Estrutura Secundria (PLACA) 1424,400

TOTAL = 4354,438

Carregamentos Bsicos 1, 2 e 3Elevao

57300 e

Elevao 68300

29

4.3 Carregamento de equipamentos (4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10)

Para este carregamento tambm considerada uma contingncia de 1,15, a fim de cobrir incertezas em relao ao peso dos equipamentos e suas bases.

As cargas dos equipamentos presentes no mdulo so retiradas do Controle de Peso da Plataforma. Essas cargas so fornecidas pelo fornecedor do equipamento, assim como o centro de gravidade dos mesmos.

A figura 21 mostra a localizao dos equipamentos no mdulo.

Figura 21 Localizao dos equipamentos A seguir encontra-se a Tabela 2, contendo o peso dos equipamento em operao, teste e

vazios. Tambm consta da tabela o centro de gravidade dos skids (base dos equipamentos) e o centro de gravidade do equipamento em si. Os skids consistem em duas celas, onde os equipamentos mais pesados so apoiados. As coordenadas dos centros de gravidade so dadas em relao origem do modelo.

EQUIP.2 EQUIP. 1

EQUIP. 3

EQUIP.4

EQUIP.5

EQUIP.6

EQUIP.7

30

Tabela 2 Dados dos equipamentos

As informaes sobre os centros de gravidade dos equipamentos so importantes para carregar o modelo com o peso dos equipamentos de carga elevada, e sujeitos ao do vento, como ser visto mais adiante.

Os equipamentos considerados mais pesados (Equipamentos 1, 2 4 e 5) so carregados no modelo atravs do comando SKID. Esse comando permite que o peso dos equipamentos seja aplicado em seu centro de gravidade, algumas vezes deslocado do centro de gravidade dos skids. O comando calcula as reaes de apoio geradas por essa carga no centro de gravidade como vigas biapoiadas.

Para facilitar o entendimento do comando, mostrado a seguir um exemplo do carregamento do Equipamento 1, para o Carregamento Bsico 4.

Figura 22 Exemplo de carregamento dos equipamentos pelo comando SKID

Operao Teste Vazio X Y Z X Y ZEquip. 1 1150 1930 365 4,750 15,480 57,300 4,750 14,880 60,000Equip. 2 4500 4500 2000 15,250 17,805 57,300 15,250 19,500 60,000Equip. 3 5 x 30 5 x 30 5 x 25Equip. 4 3930 4240 810 15,195 23,019 68,300 15,195 21,610 71,300Equip. 5 137 137 115 5,000 33,455 68,300 4,700 33,455 70,000Equip. 6 4 x 80 4 x 80 4 x 40Equip. 7 182,6 182,6 145,2

Notas:1) Para estes equipamentos no so considerados os centros de gravidade no modelo

Centro de Gravidade dos Equipamentos (m)

1) 1)

1)

1)

1)

1)

Centro de Gravidade dos Skids (m)Carga (kN)Equipamento

31

Os demais equipamentos (3, 6 e 7) so carregados como cargas pontuais (Equipamentos 3 e 6) e cargas distribudas (Equipamento 7).

Nas figuras 23, 24 e 25 possvel visualizar os Carregamentos Bsicos 4, 7 e 8.

Figura 23 Peso dos equipamentos em operao

Figura 24 Peso dos equipamentos em teste

32

Figura 25 Peso dos equipamentos vazios

Abaixo encontra-se a Tabela 3, com o resumo dos carregamentos dos equipamentos.

Tabela 3 Carregamentos Bsicos 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10

Operao Teste VazioEquip. 1 1150 1930 365Equip. 2 4500 4500 2000Equip. 3 150 150 125

Equip. 4 3930 4240 810Equip. 5 137 137 115Equip. 6 320 320 160Equip. 7 182,6 182,6 145,2

TOTAL = 10369,600 11459,600 3720,200

Carregamentos Bsicos 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10

Elevao 68300

Elevao 57300

33

4.4 Carregamento de tubulao, eltrica, instrumentao e aparelhamento (11, 12 e 13)

O carregamento total de tubulao no mdulo de 600 kN, distribudo em reas mostradas nos desenhos de arranjo. Essas reas de tubulao so indicadas nos desenhos 102 e 103 em anexo.

A carga igualmente distribuda na rea de atuao. aplicada no modelo uma carga de 2,3 kN/m. A Figura 26, retirada do SACS [1], mostra a carga distribuda aplicada. Essa carga denominada como TUBULAC.

Figura 26 Carregamento de tubulao

Os carregamentos de eltrica, instrumentao e aparelhamento so distribudos por toda a rea do mdulo, com uma carga distribuda de 0,5 kN/m. Esse carregamento denominado como EL+INS+APA. Ver abaixo Figura 27.

34

Figura 27 - Carregamento de eltrica, instrumentao e aparelhamento

Abaixo encontra-se a Tabela 4, com o resumo dos Carregamentos Bsicos 11, 12 e 13.

Tabela 4 Carregamentos Bsicos 11, 12 e 13

Tubulao (TUBULAC) 467,253Eltrica, Aparelhamento e Tubulao Leve (EL+INS+APA) 356,100TOTAL 823,353

Tubulao (TUBULAC) 135,765Eltrica, Aparelhamento e Tubulao Leve (EL+INS+APA) 356,100TOTAL 491,865

TOTAL = 1315,218

Elevao 57300

Elevao 68300

Carregamentos Bsicos 11, 12 e 13

35

4.5 Carregamento de sobrecarga (14, 15 e 16)

O carregamento de sobrecarga retirado da seo 3 (Loads and Load Effects) da norma DNV OS C201 [3]. Segundo a Tabela 5, devemos aplicar uma carga distribuda de 4 kN/m em toda a rea livre do mdulo, exceto na rea entre equipamentos, onde a carga de 5 kN/m.

Tabela 5 Tabela de carregamento de sobrecarga

Nas Figuras 28 e 29 so mostrados os carregamentos aplicados nas duas elevaes do mdulo. A carga de 4 kN/m denominada SOBRECAR, enquanto que a carga de 5 kN/m denominada SOBREEQU.

Figura 28 Carregamento de sobrecarga na elevao 57300

36

Figura 29 - Carregamento de sobrecarga na elevao 68300

Alm dessas cargas distribudas, h tambm uma carga de 1000 kN, associada a uma rea de estocagem na elevao 68300. A carga ESTOQUE mostrada na Figura 30.

Figura 30 Carregamento de estocagem

37

Abaixo encontra-se um resumo do carregamento de sobrecarga (Tabela 6).

Tabela 6 - Carregamentos Bsicos 14, 15 e 16

Sobrecarga livre (SOBRECAR) 1404,265Sobrecarga entre equipamentos (SOBREEQU) 766,238TOTAL 2170,503

Sobrecarga livre (SOBRECAR) 526,200Sobrecarga entre equipamentos (SOBREEQU) 1055,455Estocagem (ESTOQUE) 999,916TOTAL 2581,571

TOTAL = 4752,074

Elevao 68300

Carregamentos Bsicos 14, 15 e 16

Elevao 57300

38

4.6 Carregamento de vento (17 e 18)

O carregamento de vento para a estrutura em questo calculado baseando-se nas normas NBR 6123 [9]e CN 30.5 [4].

A presso dinmica do vento em condies normais de temperatura e presso retirada do tem 2.2 (Letras romanas minsculas) da NBR 6123 [9] e possui expresso similar na CN 30.5 [4], levando ao mesmo resultado:

q = 0,613 Vk (q em N/m e Vk em m/s), onde: Vk = velocidade caracterstica do vento

O vento ser analisado atuando globalmente na plataforma, que uma estrutura fechada. Segundo o tem 5.1.2 da CN 30.5 [4], qualquer face de uma estrutura fechada, que no estiver suficientemente protegida, deve ser checada usando a seguinte equao:

p = Cp q , onde:

p = presso do vento

q = presso dinmica

Cp = coeficiente de presso, que segundo o item 5.1.3 da CN 30.5 [4], deve ter o valor Cp = 1,0.

Como a velocidade do vento varia com a altura e o tempo, necessrio calcular a velocidade com que o vento atua no mdulo calculado. Segundo o item 2 (Wind Conditions) da CN 30.5 [4], a velocidade caracterstica do vento calculada atravs de uma velocidade de referncia do vento na rea em que a estrutura est localizada. Atravs de um estudo meteorolgico especfico, no campo onde a plataforma ser localizada, foram encontradas as velocidades de referncia, para trs diferentes perodos de retorno, que sero utilizados na anlise da estrutura (Tabela 7 ). A referncia comumente feita para uma durao de 10 minutos e uma altura de 10 metros, mostrada abaixo.

Tabela 7 - Velocidade do vento para uma durao de 10 minutos e altura de 10 metros

Atravs das velocidades de referncia, a velocidade caracterstica para uma certa altura e durao retirada das relaes dadas pela tabela 2.1(Wind speed ratios) da CN 30.5 [4], que mostra a taxa entre a velocidade desejada e a velocidade de referncia. A Tabela 8 encontra-se abaixo.

1 ano de retorno

10 anos de retorno

100 anos de retorno

18,64 24,50 31,88

Velocidade do Vento por Perodo de Retorno (m/s)

39

Tabela 8 - Taxa entre a velocidade desejada e a velocidade de referncia

O carregamento de vento adotado para o projeto ter durao de 1 minuto, em funo dos registros meteorolgicos da bacia.

Outro fator a ser considerado neste carregamento a variao de calado da plataforma, que de 34 metros para a plataforma em condies de operao e sobrevivncia, e de 16 metros para a condio de trnsito. Dessa forma teremos duas diferentes reas de exposio ao vento.

Tendo o mecanismo de clculo sido exposto acima, sero efetuados os clculos propriamente ditos.

vref100anos 31.88ms

:=Perdo de retorno de 100 anos:

vref10anos 24.50ms

:=Perdo de retorno de 10 anos:

vref1ano 18.64ms

:=Perdo de retorno de 1 ano:- Velocidades de referncia do vento para uma durao de 10 minutos:

O clculo da velocidade do vento feito para uma durao de 1 minuto e para os diferentes perdodos de retorno.

Clculo da velocidade caracterstica do ventozt 52.3m=zt z ct:=Para condio de trnsito:

zo 34.3m=zo z co:=Para condio de operao / sobrevivncia:z 68.3m:=Elevao do topo do mdulo:

ct 16m:=Calado de trnsito:co 34m:=Calado de operao / sobrevivncia:

calculada a seguir a elevao do topo do mdulo, em relao ao nvel do mar, para as suas diferentes condies de trabalho.

Clculo da altura da estrutura exposta ao vento

40

Os coeficientes que multiplicam as velocidades de referncia so retirados de uma interpolao com os dados da Tabela 8:

- Velocidades caractersticas do vento para uma durao de 1 minuto:

Perodo de retorno de 1 ano (calado de operao/sobrevivncia): v1ano 1.276 vref1ano:=v1ano 23.78

ms

=Perodo de retorno de 10 anos (calado de trnsito): v10anos 1.333 vref10anos:=

v10anos 32.66ms

=

Perodo de retorno de 100 anos (calado de operao): v100anos 1.276 vref100anos:=v100anos 40.68

ms

=

z (metros) Durao de 1 minuto30,0 1,25934,3 1,27640,0 1,29850,0 1,32952,3 1,333

100,0 1,424

Taxa de Velocidade do Vento

Clculo da presso de ventoCoeficiente de presso: Cp 1.0:=

Perodo de retorno de 1 ano (calado de operao/sobrevivncia): p1ano 0.613 v1ano2 Cp:=

Perodo de retorno de 10 anos (calado de trnsito): p10anos 0.613 v10anos2 Cp:=

Perodo de retorno de 100 anos (calado de operao): p100anos 0.613 v100anos2 Cp:=

Presses de vento:

p1ano 0.347kN

m2=

p10anos 0.654kN

m2=

p100anos 1.014kN

m2=

41

A carga de vento aplicada no modelo nas direes x e y, com valor de 1,0 kN/m. O valor real da presso de vento, calculado acima, corrigido com fatores nas combinaes de carga.

A carga de 1 kN/m aplicada no modelo nas faces x e y. A aplicada pontualmente, nos ns dessas faces, onde h vigas que efetivamente vo suportar essa carga. Ver Figuras

Figura 31 Carregamento de vento na direo x

Figura 32 - Carregamento de vento na direo y

42

5 COMBINAES DE CARGA

5.1 Introduo

Neste captulo sero descritas as combinaes de carga para dimensionamento do mdulo. Trataremos inicialmente das condies de dimensionamento para o tipo de estrutura em estudo e suas combinaes de carga. Estas sero retiradas da DNV OS C201 [3], DNV OS C101 ]2] e Norwegian Maritime Directorate.

Posteriormente sero descritas as aceleraes devidas ao efeito das ondas, que influenciaro as cargas que o mdulo dever resistir.

5.2 Condies de dimensionamento

Diferentes modos de operao e fases durante a vida da plataforma devem governar o seu dimensionamento. As condies a serem analisadas dependem do tipo de plataforma analisada. O tipo de plataforma analisada neste projeto uma semi-submersvel. uma estrutura flutuante relocvel, apoiada em colunas, que por sua vez se apiam um uma estrutura flutuantec. Essa estrutura classificada segundo a DNV OS C201 [3] como Column Stabilised Unit.

Segundo a DNV OS C201 [3], em sua tabela C1 (Design conditions), constam as principais condies de carregamento que normalmente devem ser considerados para o dimensionamento de uma plataforma semi-submersvel, entre outros tipos de estruturas. Ver Tabela 9.

Tabela 9 - Condies de dimensionamento

Neste projeto sero analisadas as condies de Operao, Sobrevivncia, Trnsito e Dano. As condies de Instalao e Acidente no sero estudadas.

43

5.3 Combinaes de carga gerais

Neste item so tratadas as combinaes de carga que a estrutura dever resistir. Estas combinaes independem dos mtodos de dimensionamento utilizados (Estados Limites ou Tenses Admissveis). Somente os fatores de combinao que sero diferentes em cada mtodo, o que ser analisado mais adinte.

Ainda segundo a seo 2 (Design Principles) da DNV OS C201 [3], cada membro estrutural deve ser dimensionado pelo caso de combinao de carga mais desfavorvel presente em sua tabela D1. Ainda devero ser consideradas as posies e direes das foras mais desfavorveis para cada combinao. Ver abaixo Tabela 10.

Tabela 10 - Casos de combinaes de carga

As combinaes de carregamentos contidas na Tabela 10 so descritas a seguir:

Caso a: Cargas funcionais. constituda pelas cargas que atuam normalmente na plataforma, sem considerao das cargas ambientais, acidentes ou inclinao da estrutura.

Caso b: Combinao das cargas funcionais com as cargas ambientais especificadas por um certo valor.

Caso c: So as cargas acidentais combinadas com as cargas funcionais. Caso d: o valor anual mais provvel das cargas ambientais, associado s cargas

funcionais aps um acidente na plataforma.

Caso e: o valor anual mais provvel das cargas ambientais, associado s cargas funcionais, aps uma condio de inclinao da estrutura, correspondendo a um condio acidental de afundamento.

Mais adiante, neste mesmo item, ser possvel observar que somente os casos a, b e e sero considerados para a anlise do mdulo. Os casos c e d tratam de cargas acidentais, que como observado no item 4.2, no fazem parte do dimensionamento desse projeto.

44

A seo 3 (Loads and Load Effects) da DNV OS C201 [3] define e especifica mais detalhadamente as cargas e combinaes a serem consideradas para as vrias situaes a que a plataforma ser submetida em sua vida til. As combinaes esto separadas em duas tabelas. A Tabela B1 trata do caso de dimensionamento de uma situao temporria, como o trnsito e instalao da plataforma (ver Tabela 11). Este ltimo, como dito anteriormente, no ser estudado. J a Tabela B2 trata das cargas para a plataforma em funcionamento, como por exemplo as condies de operao e sobrevivncia (ver Tabela12).

Tabela 11 - Combinaes de carga para situaes temporrias

Tabela 12 - Combinaes de carga para situaes em funcionamento

Desse modo, a partir das Tabelas 11 e 12, montamos as combinaes de carga que sero utilizadas no projeto, que so descritas nos subitens a seguir. importante salientar que nenhum carregamento de deformao, como propem as Tabelas 11 e 12, ser utilizado.

45

5.3.1 Condio de Dimensionamento Operacional Esttica CDS

uma combinao de cargas referente ao caso a da Tabela 10. Combina cargas permanentes e cargas variveis, sem considerao das foras ambientais (vento) e aceleraes devidas s ondas. A estrutura encontra-se em sua posio normal, no havendo qualquer tipo de inclinao. Esta combinao est de acordo com a primeira combinao da Tabela 12, que trata de resistncia.

5.3.2 Condio de Dimensionamento Operacional CDO

uma combinao de cargas referente ao caso b da Tabela 10. Combina cargas permanentes, cargas variveis e cargas ambientais.

As cargas ambientais so constitudas do maior valor anual do carregamento de vento e das aceleraes de onda.

Este carregamento, com perodo de retorno de 1 ano, retirado do item 2 (Design Criteria and Procedures) da API RP 2A WDS [7]. Este carregamento considerado para condies normais de operao, e o perodo de 1 ano de retorno comumente usado nas plataformas do Golfo do Mxico.

Para o carregamento de vento utilizado o calado de operao da plataforma. A estrutura no se encontra inclinada.

Esta combinao est de acordo com a segunda combinao do item 2.2.2 (Design Loading conditions) da API RP 2A WDS [7].

5.3.3 Condio de Dimensionamento Extremo CDE

tambm uma combinao de cargas referente ao caso b da Tabela 10. Combina cargas permanentes, cargas variveis e cargas ambientais.

As cargas ambientais so constitudas do carregamento de vento e das aceleraes de onda com perodo de retorno de 100 anos. O carregamento de vento calculado para o calado de sobrevivncia da plataforma. A estrutura no se encontra inclinada.

Esta combinao est de acordo com a primeira combinao da Tabela 12, que trata da resistncia.

46

5.3.4 Condio de Dimensionamento com Inclinao de 17 CD17

uma combinao de cargas referente ao caso e da Tabela 10. Combina cargas permanentes, cargas variveis e cargas ambientais.

As cargas ambientais sero constitudas do maior valor anual do carregamento de vento e das aceleraes de onda. (perodo de retorno de 1 ano). Para o carregamento de vento utilizado o calado de operao da plataforma. A estrutura encontra-se inclinada de 17, em relao ao eixo horizontal. A condio de carregamento com a plataforma inclinada a 17 retirada da seo 11 (Special Considerations for Column Stabilised Units) da DNV OS C201 [3].

Esta combinao est de acordo com a quarta combinao da Tabela 12, que trata de uma situao de dano da estrutura.

5.3.5 Condio de Dimensionamento com Inclinao de 25.7 CD25

Esta combinao de cargas retirada da Norwegian Maritime Directorate. Combina cargas permanentes e cargas variveis, considerando a plataforma com uma inclinao de 25,7 em relao ao eixo horizontal.

No h considerao de nenhuma carga ambiental.

Esta combinao pode ser encaixada no caso e da tabela 10, sem a considerao das cargas ambientais

Esta combinao est de acordo com a quarta combinao da Tabela 12.

5.3.6 Condio de Dimensionamento em Trnsito CDT

tambm uma combinao de cargas referente ao caso b da Tabela 10. Combina cargas permanentes, cargas variveis e cargas ambientais.

As cargas ambientais so constitudas do carregamento de vento e das aceleraes de onda com perodo de retorno de 10 anos. O carregamento de vento calculado para o calado de trnsito da plataforma. A estrutura no se encontra inclinada.

Esta combinao est de acordo com a primeira combinao da Tabela 11, que trata da resistncia para uma situao temporria.

importante salientar que as normas seguidas do referncias de alguns valores de cargas ambientais que os engenheiros estruturais podem seguir, mas a considerao final dessas cargas feita por um estudo meteorolgico no campo onde a plataforma ser instalada e tambm pelo critrio definido pela cliente, dono da plataforma.

47

5.4 Aceleraes

As aceleraes utilizadas para o dimensionamento das estruturas que constituem a plataforma em questo so retiradas de um estudo meteorolgico no campo da Bacia de Campos (RJ), onde a estrutura ser instalada. Para questo de conhecimentos gerais, nesse estudo utilizado o software ESCUTE /2/, mas no faz parte do escopo desse projeto.

O sentido das aceleraes segue a orientao dos eixos mostrada abaixo na Figura 33:

Figura 33 - Planta chave da plataforma com seus eixos de referncia

As aceleraes bsicas usadas no dimensionamento dos mdulos encontram-se na Tabela 13

Tabela 13 - Aceleraes

Eixo de referncia para as aceleraes

ax ax45 ay45 ay azCDO 0,057 0,048 0,048 0,067 0,056CDE 0,074 0,057 0,058 0,092 0,067CD17 0,336 0,318 0,317 0,339 0,012CD25 0,434 0,307 0,307 0,434 0,901CDT - 0,155 0,160 - 0,151

48

De acordo com o item 4.3.5, na combinao CD25 (plataforma inclinada a 25,7), no so utilizadas cargas ambientais. Portanto torna-se necessrio esclarecer que os fatores para essa combinao na Tabela 13 so somente os senos e co-senos do ngulo de 25,7.

Esses fatores so necessrios devido ao mdulo ser analisado no programa de clculo SACS sem a inclinao da plataforma. O clculo mostrado abaixo.

ax = seno (25,7) = 0,434

ay = seno (25,7) = 0,434

ax45 = seno (25,7) x co-seno (45) = 0,307

ax45 = seno (25,7) x co-seno (45) = 0,307

az = co-seno (25,7) = 0,901

49

5.5 Combinaes de carga segundo os mtodos de dimensionamento

Neste item so tratadas as combinaes de carga segundo cada mtodo de dimensionamento utilizado no projeto.

5.5.1 Combinaes segundo o Mtodo das Tenses Admissveis

O Mtodo das Tenses Admissveis consiste basicamente na comparao entre as cargas atuantes com seu valor nominal e a resistncia do material minorada por um certo fator. Se a carga atuante for menor ou igual tenso admissvel no material, concludo que a estrutura resiste ao tal carregamento.

O fator utilizado para minorao da resistncia do material depende do tipo de solicitao a que a estrutura est sendo solicitada (flexo, cisalhamento,...).

Vamos tratar primeiramente das tenses admissveis. Nos casos de estruturas offshore, as combinaes de cargas que solicitaro o mdulo so situaes de certo modo extremas, com exceo da combinao Condio de Dimensionamento Operacional Esttica CDS. Por esse motivo, segundo a DNV OS C201 [3] e a API RP 2A WDS [7], a tenso bsica admissvel, tomada como 60% do valor nominal da tenso de escoamento do material do ao, pode ser incrementada, dependendo do tipo de combinao de cargas.

Esses fatores levam em considerao os seguintes itens: a probabilidade reduzida de que vrias cargas iro agir simultaneamente, incertezas no modelo e na anlise da estrutura, possveis redues na resistncia do material fabricado, e possveis desvios desfavorveis do valor das cargas.

Para as combinaes de cargas retiradas na DNV OS C201 [3] (CDS, CDE, CD17, CDS25 e CDT), a tenso admissvel bsica pode ser majorada segundo sua Tabela E1, como mostra abaixo a Tabela 14:

Tabela 14 - Fatores de majorao da tenso admissvel

As combinaes so classificadas segundo a Tabela 10. Cada tipo de combinao tem um fator de majorao.

50

J para a combinao retirada da API RP 2A WDS [7] (CDO), segundo o item 3.1.2 (Increased Allowable Stresses), quando as tenses so devidas em parte a foras laterais e verticais provenientes de cargas ambientais, a tenso admissvel bsica pode ser incrementada de 1/3.

Foi montada ento uma tabela-resumo (Tabela 15), na qual consta a combinao de cargas geral e a majorao da tenso de escoamento (Fy) do material.

Esse fator de majorao denominado como AMOD (Allowable Modifier Factor) pelo programa de clculo SACS [1], utilizado para anlise do mdulo.

Tabela 15 - Tabela resumo:combinao de carga geral e tenso admissvel

Tendo tratado das tenses admissveis do material, sero vistos os carregamentos atuantes. Como foi citado anteriormente no comeo desse item, as cargas atuantes so consideradas com seu valor nominal, no havendo fatores de majorao nesse mtodo de dimensionamento.

Entretanto, nas combinaes que sero mostradas a seguir, existem alguns fatores multiplicando as cargas bsicas. Esses fatores so devidos a trs razes:

Fator de contingncia: O fator de contingncia de 1,15 aplicado para as cargas bsicas de peso prprio e de equipamentos, devido a uma incerteza de seus pesos no incio do projeto. Ao longo do projeto da plataforma esses fatores vo diminuindo.

Aceleraes Fatores do vento

Combinao de Carga Geral Tenso AdmissvelCDS (caso a) 1) 0,6FyCDO (combinao 2) 2) 1,333x0,6 FyCDE (caso b) 1) 1,333x0,6 FyCD17 (caso e) 1) 1,667x0,6 FyCD25 (caso e) 1) 3) 1,250x0,6 FyCDT (caso b) 1) 1,333x0,6 Fy

Notas:1) Classificao da Tabela 42) Classificao do item 2.2.2 da API RP 2A - WSD3) A combinao classificada no caso e, mas como no tem cargas ambientaisentra na nota 2) na Tabela 14, sendo utilizado um fator de 0,75

51

So mostradas a seguir as tabelas de combinao de cargas para o Mtodo das Tenses Admissveis. Para coluna que designa o tipo dos carregamentos bsicos, segue a seguinte legenda:

G: carga permanente

E: carga ambiental (devida ao vento e aceleraes)

Q: carga varivel

As orientaes das combinaes seguem o eixo de referncia da Figura 33.

Tabela 16 - Combinao CDS para o Mtodo das Tenses Admissveis

N Carregamento Tipo1 Peso Prprio Z G / E2 Peso Prprio X E3 Peso Prprio Y E4 Eq. Operao Z G / E5 Eq. Operao X E6 Eq. Operao Y E7 Eq. Teste Z G / E8 Eq. Vazio Z G / E9 Eq. Vazio X E

10 Eq. Vazio Y E11 El+Ins+Apa Z G / E12 El+Ins+Apa X E13 El+Ins+Apa Y E14 Sobrecarga Z Q / E15 Sobrecarga X E16 Sobrecarga Y E17 Vento X E18 Vento Y E

CD

S - C

ombi

na

o Es

ttic

a

CARREGAMENTOS BSICOS

52

Tabela 17 - Combinao CDO para o Mtodo das Tenses Admissveis

Tabela 18 - Combinao CDE para o Mtodo das Tenses Admissveis

0 45 90 135 180 225 270 315N Carregamento Tipo 101 102 103 104 105 106 107 1081 Peso Prprio Z G / E 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 2 Peso Prprio X E 0,085 0,066 - -0,066 -0,085 -0,066 - 0,066 3 Peso Prprio Y E - 0,067 0,105 0,067 - -0,067 -0,105 -0,0674 Eq. Operao Z G / E 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 1,227 5 Eq. Operao X E 0,085 0,066 - -0,066 -0,085 -0,066 - 0,066 6 Eq. Operao Y E - 0,067 0,105 0,067 - -0,067 -0,105 -0,0677 Eq. Teste Z G / E 1,15 - - - - - - - - 8 Eq. Vazio Z G / E - - - - - - - - 9 Eq. Vazio X E - - - - - - - -

10 Eq. Vazio Y E - - - - - - - - 11 El+Ins+Apa Z G / E 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 12 El+Ins+Apa X E 0,074 0,057 - -0,057 -0,074 -0,057 - 0,057 13 El+Ins+Apa Y E - 0,058 0,092 0,058 - -0,058 -0,092 -0,05814 Sobrecarga Z Q / E 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 1,067 15 Sobrecarga X E 0,074 0,057 - -0,057 -0,074 -0,057 - 0,057 16 Sobrecarga Y E - 0,058 0,092 0,058 - -0,058 -0,092 -0,05817 Vento X E 1,014 1,014 - -1,014 -1,014 -1,014 - 1,014 18 Vento Y E - 1,014 1,014 1,014 - -1,014 -1,014 -1,014

COMBINAESCARREGAMENTOS BSICOS Fator de Contigncia

1,15

1,00

1,00

1,15

CD

E - C

alad

o de

Sob

revi

vnc

ia e

Per

odo

de

Ret

orno

de

100

anos

1,15

1,00



CARREGAMENTOS BSICOS Fator de Contigncia

COMBINAES

CD

O -

Cal

ado

de O

pera

o

e Pe

rodo

de

Ret

orno

de

1 an

o

1,00

1,00

1,15

1,15

1,15

1,00

53

Tabela 19 - Combinao CD17 para o Mtodo das Tenses Admissveis

Tabela 20 - Combinao CD25 para o Mtodo das Tenses Admissveis



Fator de Contigncia

COMBINAESCARREGAMENTOS BSICOS

1,15

1,00

1,00

1,00

CD

17 -

Cal

ado

de O

pera

o

e Pe

rodo

de

Ret

orno

de

1 an

o

1,15

1,15


10 Eq. Vazio Y E - - - - - - - - 11 El+Ins+Apa Z G / E 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 12 El+Ins+Apa X E 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,307 - 0,307 13 El+Ins+Apa Y E - 0,307 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,30714 Sobrecarga Z Q / E 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 0,901 15 Sobrecarga X E 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,307 - 0,307 16 Sobrecarga Y E - 0,307 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,30717 Vento X E - - - - - - - - 18 Vento Y E - - - - - - - -

Fator de Contigncia

COMBINAESCARREGAMENTOS BSICOS

CD

S25

1,00

1,00

1,15

1,15

1,15

1,00

54

Tabela 21 - Combinao CDT para o Mtodo das Tenses Admissveis

0 45 90 135 180 225 270 315N Carregamento Tipo 121 122 123 124 125 126 127 1281 Peso Prprio Z G / E 1,323 1,323 1,323 1,323 2 Peso Prprio X E 0,178 -0,178 -0,178 0,1783 Peso Prprio Y E 0,184 0,184 -0,184 -0,1844 Eq. Operao Z G / E - - - - 5 Eq. Operao X E - - - - 6 Eq. Operao Y E - - - - 7 Eq. Teste Z G / E 1,15 - - - - 8 Eq. Vazio Z G / E 1,323 1,323 1,323 1,323 9 Eq. Vazio X E 0,178 -0,178 -0,178 0,178

10 Eq. Vazio Y E 0,184 0,184 -0,184 -0,18411 El+Ins+Apa Z G / E 1,151 1,151 1,151 1,151 12 El+Ins+Apa X E 0,155 -0,155 -0,155 0,155 13 El+Ins+Apa Y E 0,160 0,160 -0,160 -0,16014 Sobrecarga Z Q / E 1,151 1,151 1,151 1,151 15 Sobrecarga X E 0,155 -0,155 -0,155 0,155 16 Sobrecarga Y E 0,160 0,160 -0,160 -0,16017 Vento X E 0,654 -0,654 -0,654 0,654 18 Vento Y E 0,654 0,654 -0,654 -0,654

COMBINAES

1,15

1,15

1,00

CARREGAMENTOS BSICOS Fator de Contigncia

1,00

1,15

CD

T - C

alad

o de

Tr

nsito

e P

ero

do d

e R

etor

no d

e 10

ano

s

1,00

55

5.5.2 Combinaes segundo o Mtodo dos Estados Limites

O dimensionamento de uma estrutura pelo Mtodo dos Estados Limites consiste em um mtodo em que a segurana obtida aplicando-se fatores de cargas e resistncia aos valores caractersticos das variveis bsicas. Essas variveis bsicas so as cargas atuando na estrutura e a resistncia do material.

Para os fatores de majorao das cargas, temos os seguintes valores, segundo a DNV OS C101 [2]:

ELU: Estado Limite ltimo. Os valores so retirados da Tabela D1 (Load factors f for ULS), como mostrado abaixo (Tabela 22). Ambas as combinaes (a e b) devem ser utilizadas tanto para condies de operao como para condies temporrias.

Tabela 22 Fatores de carga para ELU

Como foi dito no item de combinaes de cargas gerais, cargas de deformao no sero aplicadas no modelo desse projeto.

ELS: Estado Limite de Servio. O fator retirado do item D 600 (Load Factor for SLS) e tem o valor de 1,0 para todas as condies de carregamento.

ELA: Estado Limite de Acidente. O fator retirado do item D 700 (Load Factor for ALS) e tem o valor de 1,0 para todas as condies de carregamento.

importante salientar que a DNV OS C101 [2] ainda cobre o estado limite de fadiga, mas no escopo desse trabalho.

56

Quanto aos fatores de minorao da resistncia do material (M), os valores so dados abaixo, na Figura .

Para o dimensionamento no estado limite ltimo, os fatores de minorao so dados de acordo com a API RP 2A LRFD [8] e AISC LRFD [6]. O fatores iro depender do tipo de solicitao que est atuando no membro.

Para o dimensionamento no estado limite de acidente, os fatores so tomados unitrios. Isso se deve ao fato de que os carregamentos de acidente para plataforma so muito especficos e esto cobertos pela DNV OS C101 [2], que permite que o seja tomado o valor total da tenso de escoamento para o dimensionamento.

O estado limite de utilizao utilizado somente para verificao de deformaes e vibraes, e no para dimensionamento em si da estrutura. A DNV OS C101 [2] tambm permite que no seja minorada a tenso de escoamento do material

Figura 34 - Fatores de resistncia para o Mtodo dos Estados Limites

As combinaes de cargas gerais (CDS, CDO, CDE, CD17, CD25 e CDT) devem ser encaixas nas combinaes mostradas nas Tabelas 23 e24, retiradas da DNV OS C101 [2].

Tabela 23 - Combinaes de carga para situaes temporrias

Fatores de resistncia para ELU Fatores de resistncia para ELA e ELS

57

Tabela 24 - Combinaes de carga para situaes de operao

As seguintes combinaes sero feitas para os estados limites:

ELU1a,b: Corresponde a combinao geral de CDE. Est de acordo com primeira combinao da Tabela 24.

ELU2a,b: Corresponde a combinao geral de CDT. Est de acordo com primeira combinao da Tabela 23.

ELA17: Corresponde a combinao geral de CD17. Est de acordo com quarta combinao da Tabela 24.

ELA25: Corresponde a combinao geral de CD25. Est de acordo com quarta combinao da Tabela 23.

ELS: Corresponde a combinao geral de CDO. Est de acordo com quinta combinao da Tabela 24.

A combinao CDS, esttica, no se torna necessria no mtodo dos estados limites.

A seguir encontram-se as tabelas de combinaes de carregamentos. Para cada combinao de estado limite so montadas primeiramente as combinaes bsicas, utilizando valores de contingncia, aceleraes e vento. Posteriormente so feitas as combinaes com os fatores de carga do mtodo de dimensionamento.

58

Tabela 25 Combinaes ELU1a,b para o Mtodo dos Estados Limites

101 102 103 104 105 106 107 108 111 112 113 114 115 116 117 11850 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 50 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.051 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 51 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.352 0.7 52 1.353 0.7 53 1.354 0.7 54 1.355 0.7 55 1.356 0.7 56 1.357 0.7 57 1.358 0.7 58 1.359 0.7 59 1.3

COMBINAES - ELU1a COMBINAES - ELU1b

G+Q

-Z -Z 0 45 90 135 180 225 270 315

N Carregamento Tipo 50 51 52 53 54 55 56 57 58 591 Peso Prprio Z G / E 1,15 0,077 - - - - - - - -2 Peso Prprio X E - 0,085 0,066 - -0,066 -0,085 -0,066 - 0,066 3 Peso Prprio Y E - - 0,067 0,105 0,067 - -0,067 -0,105 -0,0674 Eq. Operao Z G / E 1,15 0,077 - - - - - - - -5 Eq. Operao X E - 0,085 0,066 - -0,066 -0,085 -0,066 - 0,066 6 Eq. Operao Y E - - 0,067 0,105 0,067 - -0,067 -0,105 -0,0677 Eq. Teste Z G / E - - - - - - - - - 8 Eq. Vazio Z G / E - - - - - - - - - 9 Eq. Vazio X E - - - - - - - - -

10 Eq. Vazio Y E - - - - - - - - - 11 El+Ins+Apa Z G / E 1,00 0,067 - - - - - - - -12 El+Ins+Apa X E - 0,074 0,057 - -0,057 -0,074 -0,057 - 0,057 13 El+Ins+Apa Y E - - 0,058 0,092 0,058 - -0,058 -0,092 -0,05814 Sobrecarga Z Q / E 1,00 0,067 - - - - - - - -15 Sobrecarga X E - 0,074 0,057 - -0,057 -0,074 -0,057 - 0,057 16 Sobrecarga Y E - - 0,058 0,092 0,058 - -0,058 -0,092 -0,05817 Vento X E - 1,014 1,014 - -1,014 -1,014 -1,014 - 1,014 18 Vento Y E - - 1,014 1,014 1,014 - -1,014 -1,014 -1,014

CARREGAMENTOS BSICOS

COMBINAES BSICAS

E (Aceleraes e Vento)

ELU

1a,b

- C

alad

o de

Sob

revi

vnc

ia e

Per

odo

de

Ret

orno

de

100

anos

59

Tabela 26 - Combinaes ELU2a,b para o Mtodo dos Estados Limites

G+Q-Z -Z 0 45 90 135 180 225 270 315

N Carregamento Tipo 60 61 62 63 64 65 66 67 68 691 Peso Prprio Z G / E 1,15 0,173 - - - -2 Peso Prprio X E - 0,178 -0,178 -0,178 0,1783 Peso Prprio Y E - 0,184 0,184 -0,184 -0,1844 Eq. Operao Z G / E - - - - - 5 Eq. Operao X E - - - - - 6 Eq. Operao Y E - - - - - 7 Eq. Teste Z G / E - - - - - 8 Eq. Vazio Z G / E 1,15 0,173 - - - -9 Eq. Vazio X E - 0,178 -0,178 -0,178 0,178

10 Eq. Vazio Y E - 0,184 0,184 -0,184 -0,18411 El+Ins+Apa Z G / E 1,00 0,151 - - - -12 El+Ins+Apa X E - 0,155 -0,155 -0,155 0,155 13 El+Ins+Apa Y E - 0,160 0,160 -0,160 -0,16014 Sobrecarga Z Q / E 1,00 0,151 - - - -15 Sobrecarga X E - 0,155 -0,155 -0,155 0,155 16 Sobrecarga Y E - 0,160 0,160 -0,160 -0,16017 Vento X E - 0,654 -0,654 -0,654 0,65418 Vento Y E - 0,654 0,654 -0,654 -0,654

ELU

2a,b

- C

alad

o de

Tr

nsito

e P

ero

do d

e R

etor

no d

e 10

ano

s

COMBINAES BSICAS

E (Aceleraes e Vento)CARREGAMENTOS BSICOS

121 122 123 124 125 126 127 128 131 132 133 134 135 136 137 13860 1.3 1.3 1.3 1.3 60 1.0 1.0 1.0 1.061 0.7 0.7 0.7 0.7 61 1.3 1.3 1.3 1.362 6263 0.7 63 1.364 6465 0.7 65 1.366 6667 0.7 67 1.368 6869 0.7 69 1.3

COMBINAES - ELU2a COMBINAES - ELU2b

60

Tabela 27 - Combinaes ELA17 para o Mtodo dos Estados Limites

141 142 143 144 145 146 147 14870 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.071 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.072 1.073 1.074 1.075 1.076 1.077 1.078 1.079 1.0

COMBINAES - ELA17

G+Q-Z -Z 0 45 90 135 180 225 270 315



ELA

17 C

alad

o de

Ope

ra

o e

Pero

do d

e R

etor

no d

e 1

ano

E (Aceleraes e Vento)CARREGAMENTOS BSICOSCOMBINAES BSICAS

61

Tabela 28 - Combinaes ELA25 para o Mtodo dos Estados Limites

151 152 153 154 155 156 157 1588081 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.082 1.083 1.084 1.085 1.086 1.087 1.088 1.089 1.0

COMBINAES - ELA25

G+Q-Z -Z 0 45 90 135 180 225 270 315


10 Eq. Vazio Y E - - - - - - - - - 11 El+Ins+Apa Z G / E 1,00 0,901 - - - - - - - -12 El+Ins+Apa X E - 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,307 - 0,307 13 El+Ins+Apa Y E - - 0,307 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,30714 Sobrecarga Z Q / E 1,00 0,901 - - - - - - - -15 Sobrecarga X E - 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,307 - 0,307 16 Sobrecarga Y E - - 0,307 0,434 0,307 - -0,307 -0,434 -0,30717 Vento X E - - - - - - - - - 18 Vento Y E - - - - - - - - -

ELA

25

CARREGAMENTOS BSICOSCOMBINAES BSICAS


62

Tabela 29 - Combinaes SLS para o Mtodo dos Estados Limites

5.5.3 Resumo das combinaes de carga A seguir mostrada a Tabela 30, com um resumo das combinaes para o Mtodo das Tenses Admissveis (MTA) e para o Mtodo dos Estados Limites (MEL) que foram feitas ao longo desse captulo, para facilitar o entendimento do leitor.

Tabela 30 Combinaes de carga para MTA e MEL

161 162 163 164 165 166 167 16890 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.091 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.092 1.093 1.094 1.095 1.096 1.097 1.098 1.099 1.0

COMBINAES - ELS

Combinaes de Cargas Gerais

Combinaes para MTA

Combinaes para MEL Calado

Perodo de

RetornoCDS CDS - - -CDO CDO ELS Operao 1 anoCDE CDE ELU1a,b Sobrevivncia 100 anos

CD17 CD17 ELA17 Operao 1 anoCD25 CD25 ELA25 - -CDT CDT ELU2a,b Trnsito 10 anos

G+Q-Z -Z 0 45 90 135 180 225 270 315



ELS

- Cal

ado

de O

pera

o

e Pe

rodo

de

Ret

orno

de

1 an

o

CARREGAMENTOS BSICOSCOMBINAES BSICAS


63

6 RESULTADOS DAS ANLISES

Neste item so mostrados os resultados obtidos pelos dois mtodos de dimensionamento. A comparao feita atravs das figuras coladas abaixo. Nelas contm os resultados nomeados pelo SACS [1] de unity check. Os unity check so calculados atravs das normas utilizadas para cada tipo de dimensionamento, e seu valor mximo deve ser 1.0 para que a verificao esteja satisfatria.

Os resultados foram obtidos para cada combinao de carregamento atuante no modelo. Porm, para simplificar os resultados, a comparao ser feita somente entre os seguintes casos:

Comparao dos mximos unity check obtidos para as combinaes de CDE e CDT (Mtodo das Tenses Admissveis) com os obtidos para ELU1a,b e ELU2a,b (Mtodo dos Estados Limites ltimos). Como foi visto anteriormente, no item Combinaes segundo o Mtodo dos Estados Limites, esses carregamentos so equivalentes para os dois mtodos de dimensionamento.

Comparao dos mximos unity check obtidos para as combinaes de CD17 e CD25 (Mtodo das Tenses Admissveis) com os obtidos para ELA17 e ELA25 (Mtodo dos Estados Limites ltimos). Tambm

Documents

Monopol i 10004281