Aspectos geotécnicos en la interacción vertical suelo - ducto submarino a partir de un modelamiento físico

Abstract

La intensificación en la exploración de gas y petróleo en aguas profundas impulsa avances de nuevas tecnologías para estimar el comportamiento de los ductos. Uno de los problemas complejos en la industria offshore es poder simular la interacción suelo – ducto que está asociada a grandes deformaciones del suelo. Técnicas de modelamiento centrífugo permiten una simulación apropiada del proceso de operación de los ductos utilizando modelos en escala reducida en laboratorio. Este trabajo presenta un análisis del problema de interacción suelo – ducto en el Touchdown point a partir de modelamiento en centrifuga de la actuación vertical de ductos asentados en el lecho marino para grandes amplitudes de movimientos cíclicos y a diferentes profundidades de enterramiento. Fueron procesados y evaluados 27 ensayos de actuación vertical para condiciones de desplazamiento controlado realizados en una mini centrifuga de brazo del laboratorio de geotecnia de la COPPE/UFRJ. Se utilizó un caolín previamente caracterizado en laboratorio para la elaboración de dos perfiles de resistencia de suelo que presentan valores coherentes con las obtenidas in situ. Los análisis comprenden tres fases: consolidación, penetración inicial del ducto y actuación vertical. Durante las fases de consolidación fueron monitoreados asentamientos y presión de poros y fueron comparados con el método Asaoka (1978). Los risers fueron simulados por dos ductos de diámetros de 0,3 y 0,5 m (prototipo). En la fase actuación, los registros de fuerza y desplazamiento fueron obtenidos a partir de la instrumentación en el ducto. La evaluación permitió conocer el comportamiento de interacción vertical a partir de las curvas de fuerza de compresión y extracción en una interacción cíclica. Los resultados obtenidos experimentalmente en las diferentes fases fueron consistentes con datos de la literatura. Además, fue desarrollado un modelo semiempírico basado en los estudios de Einav & Randolph (2005) y Yafrate & DeJong (2007) para evaluar de forma satisfactoria la fuerza vertical en relación al desplazamiento vertical en condiciones de suelo en estado intacto y remoldeado a partir del ensayo T-bar realizado in situ. Esta implementación es importante en la industria offshore para poder estimar los parámetros del suelo en la interacción vertical suelo - ducto que son útiles en el proyecto de ingeniería.

The intensification in the exploration of gas and oil in deep waters promotes advances in new technologies to estimate the behavior of pipelines. One of the complex problems in the offshore industry is being able to simulate the soil-pipeline interaction associated with large soil deformations. Centrifugal modeling techniques allow an appropriate simulation of the pipeline operation process using small-scale models in the laboratory. This work presents an analysis of the soil-pipeline interaction problem at the Touchdown point based on centrifugal modeling of the vertical performance of pipelines settled on the seabed for large amplitudes of cyclical movements and at different burial depths. Twenty-seven vertical performance tests were processed and evaluated for controlled displacement conditions, carried out in a mini-beam centrifuge of the geotechnical laboratory of the COPPE / UFRJ. A kaolin previously characterized in the laboratory was used for the elaboration of two soil resistance profiles that present values consistent with those obtained in situ. Analyzes comprise three phases: consolidation, initial penetration of the pipeline and vertical action. During the consolidation phases, settlement and pore pressure were monitored and compared with the Asaoka method (1978). The risers were simulated by two pipes with diameters of 0,3 and 0,5 m (prototype). In the actuation phase, the force and displacement records were obtained from the instrumentation in the pipeline. The evaluation allowed knowing the behavior of vertical interaction from the compression and extraction force curves in a cyclic interaction. The results obtained experimentally in the different phases were consistent with data from the literature. In addition, a semi-empirical model was developed based on the studies by Einav & Randolph (2005) and Yafrate & DeJong (2007) to satisfactorily evaluate the vertical force in relation to vertical displacement in soil conditions in intact and remolded state from the T-bar test carried out in situ. This implementation is important in the offshore industry to be able to estimate the soil parameters in the vertical soil-pipeline interaction that are useful in the engineering project.