[pt] Neste trabalho são apresentados conceitos usados na avaliação da confiabilidade estrutural com o objetivo de calcular a probabilidade de falha de uma estrutura enquanto ela atende aos fins para os quais foi projetada durante sua vida útil. Uma metodologia de análise de confiabilidade estrutural foi desenvolvida, tendo como foco os dutos de transporte de óleo e gás natural, embora possa ser aplicada a diferentes equipamentos. A metodologia permite o acoplamento de diferentes eventos que possam ocorrer na vida de uma estrutura. Entende-se por eventos a aparição de defeitos por diferentes vias: processos corrosivos, danos por terceiros, operações incorretas, etc., ou, eventos relacionados à inspeção da estrutura, duto ou equipamento. Cada evento é descrito por uma função de estado limite do tipo capacidade x demanda. O acoplamento desses estados limites é dado pela união ou interseção deles (sistemas em série, paralelo, ou combinação deles). A análise é reduzida ao cálculo da confiabilidade de um sistema, cuja solução é feita usando a função padrão multinormal e os métodos de primeira ordem FORM, para o cálculo da probabilidade de falha de cada estado limite, e os métodos do produto das probabilidades condicionais PCM e I-PCM, para o cálculo da probabilidade de falha do sistema através da integral multinormal. As informações obtidas dos resultados desta metodologia podem ser úteis na geração de planos de inspeção, análises preditivas e análises de risco, para contribuir na tomada de decisões sobre prazos e técnicas de inspeção a serem empregadas. A metodologia mencionada acima pode ser implementada em um programa de gerenciamento de confiabilidade estrutural, o qual deve ser capaz de acoplar todos os eventos, os dados conhecidos, as incertezas próprias dos dados e as novas informações ao longo da vida útil de uma estrutura. / [en] This work presents concepts used in the assessment of structural reliability in order to calculate the probability of failure of a structure as it serves the purposes for which it was designed during their lifetime. A methodology for structural reliability analysis has been developed for the pipeline transportation of oil and natural gas, although, this methodology can be applied to different equipment. The methodology allows the coupling of different events that may occur in the life of a structure. The events can be understood as defects by corrosion, damage by third parties, incorrect operations, etc. or events related to inspection of the structure, pipeline or equipment. Each event is described by a limit state function of the type capacity vs. demand. The coupling of these states limit is given by the union or intersection of these (series systems, parallel systems, or combination of them). The analysis is reduced to system reliability computation and the solution is reached using the integration of the standard multinormal function and first order reliability methods- FORM to calculate the probability of failure of system. The multinormal integral is computation using the product of conditional marginal method-PCM and the improvement of PCM method. The results obtained of this methodology may be useful in the generation of inspection plans and in predictive and risk analysis. The methodology described can be implemented in a structural reliability management program. The program should be able to coupling all events that occur in the lifetime of a pipeline or structure.

[pt] O transporte de petróleo e de seus derivados através do modal dutoviário é bastante comum na indústria petrolífera. O Oleoduto do Recôncavo-Sul da Bahia (ORSUB) é um poliduto que transporta diesel, gasolina e GLP do Terminal de Madre de Deus até os terminais de Jequié e Itabuna. Esses produtos são inseridos no poliduto em forma de bateladas sequênciais, o que gera as interfaces entre os produtos. Essas interfaces são segregadas e armazenadas em tanques exclusivos. A Agência Nacional de Petróleo ao longo do tempo vem restringindo cada vez mais as especificações dos produtos derivados do petróleo comercializados no país. Com isto, há a tendência natural do aumento das interfaces entre os produtos movimentados no poliduto, para a garantia de que estes atendam a legislação vigente. Estudos demonstram que os custos provenientes da geração de interfaces são altos e constituem um item importante na composição dos custos variáveis do modal dutoviário. Deste modo, reduzir o tamanho destas interfaces deve sempre ser um dos objetivos que o operador logístico responsável pela movimentação no duto deve buscar. Nesta pesquisa foram estudadas as interfaces geradas entre a gasolina e o GLP no ORSUB. Foi utilizado o software ConBate para a estimativa do tamanho da interface e o simulador de processos Petrox, para estimar a qualidade da interface. Com estas duas ferramentas desenvolvidas pelo Centro de Pesquisa da Petrobras (Cenpes) foram comparadas os tamanhos das interfaces geradas nas operações reais, com os tamanhos das interfaces ideais. / [en] The transportation of oil and its derivatives through modal pipeline is quite common in the oil industry. The pipeline Recôncavo-Sul Bahia (ORSUB) is an oil pipeline that transports gas oil, gasoline and LPG from Terminal Madre de Deus to the terminals Jequié and Itabuna. These products are inserted into the oil pipeline in the form of batches, which generates the interfaces (transmix) between products. These transmix are segregated and stored in dedicated tanks. Over time, The National Petroleum Agency (ANP) is increasingly restricting the specifications of petroleum products sold in the country. With this, there is the natural tendency of increased interfaces between the products moved in pipeline, to ensure that they meet current legislation. Studies show that the costs arising from the generation of interfaces are high and constitute an important item in the cost composition variables modal pipeline. Thus, reducing the size of these interfaces should always be a goal that the logistics operator responsible for moving the product should look. In this research we studied the interfaces generated between gasoline and LPG in ORSUB. ConBate software was used to estimate the size of the interface and process simulator Petrox to estimate the quality of transmix. With these two tools sizes of the interfaces generated in actual operations and the sizes of the interfaces ideal were compared.

[pt] Neste trabalho são avaliadas as condições de estabilidade do subsolo marinho ao longo da rota de um duto rígido de aço revestido com concreto, de 10 de diâmetro, localizado na Bacia de Campos, RJ. Os dados geológicos e geotécnicos foram adquiridos a partir de um amplo levantamento geofísico e geotécnico realizado na diretriz do duto. Devido as adversidades à estabilidade do fundo marinho, várias análises vêm sendo realizadas de forma qualitativa e quantitativa. Atualmente, por questões ambientais e de segurança de obras de engenharia, busca-se uma avaliação mais quantitativa dos riscos geológicos associados à condição de estabilidade do fundo marinho, pois os escorregamentos de taludes representam o principal risco para estas estruturas. As análises de estabilidade foram feitas a partir da teoria do talude infinito, em metodologia aplicada por Nowacki et al. (2003) nos campos profundos de Mad Dog e Atlantis, no Golfo do México, e comparadas com os resultados encontrados a partir da formulação clássica do talude infinito. Uma integração de dados geotécnicos e geofísicos foi necessária, para que todos os parâmetros utilizados na metodologia pudessem ser obtidos. Os resultados indicaram dois pontos críticos ao longo da rota, ambos associados aos flancos do cânion Itapemirim, que apresentam gradientes altos. Foram realizados breves estudos com o objetivo de se avaliar a possibilidade de ocorrência de mecanismos disparadores (terremotos e ondas de tempestade) nesses pontos críticos mas os resultados descartaram esta possibilidade. Concluiu- se ainda que os dados geotécnicos utilizados neste trabalho não foram suficientes e de certo modo não apropriados para a análise de estabilidade de taludes. Uma nova campanha de ensaios geotécnicos de laboratório foi proposta para futuros estudos. / [en] This research analyses stability conditions of marine sediments superficial layers of along a 10 in. diameter pipeline`s route, located at Campos Basin, RJ. The geological and geotechnical data were obtained during a wide geophysical and geotechnical survey along the pipeline`s route. Due to adversities to botton stability found in the marine environment, several qualitative and quantitative stability analysis have been made. Nowadays, because of environmental and safety issues, the researches are more focused on quantitative analysis of geohazards associated with the stability condition of the sea bottom, since slope slides represent the main risk for those structures. The stability analyses were based on the infinite slope theory. The methodology applied was the same used by Nowacki et al. (2003) at the deep fields of Mad Dog and Atlantis, in the Gulf of Mexico. The results were compared with the results from the classical formulation of the infinite slope. An integration of geotechnical and geophysical data was necessary, in order to obtain all the parameters used in the methodology. The results indicated two critical points along the route, both associated with the flanks of the Itapemirim Canyon, which have steep slopes. Brief studies were made to evaluate the importance of triggering mechanisms (earthquakes and storm waves) at these critical points but the results discard this possibility. It was also concluded that the geotechnical data used in this research were insufficient and in a certain way not appropriate for the slope stability analysis. A new geotechnical lab tests campaign was proposed for future studies.

[pt] Neste trabalho foram estudados quatro geometrias de componentes tubulares, para trabalho sob pressão interna, que continham defeitos tipo perda de espessura metálica em regiões de sua superfície externa e que foram reparados por dois sistemas de materiais compósitos. As seguintes geometrias de espécimes tubulares foram estudadas: dutos com redução de diâmetro, dutos curvados a frio, dutos curvados a quente e uniões tubulares em T. Os dois sistemas de materiais compósitos consistiram de um sistema com mantas de resina epóxi reforçadas por fibra de vidro (ERFV) e outro sistema com mantas de resina epóxi reforçadas por fibra de carbono (ERFC). O método de Elementos Finitos foi usado para simular o comportamento dos espécimes quando submetidos a testes hidrostáticos. As simulações levaram em consideração o comportamento do material dos tubos API 5L Grau B nas suas regiões elástica e plástica, e investigaram o aumento da resistência à ruptura dos tubos com defeitos proporcionados pela presença dos reparos compósitos. Os resultados obtidos com os modelos de elementos finitos, usados para as determinações de distribuições de deformações e de pressões de ruptura, foram comparados com resultados experimentais disponíveis para cada componente tubular. Os resultados destas comparações foram satisfatórios. Posteriormente, foram desenvolvidas equações para determinar espessuras otimizadas para os reparos e os resultados obtidos com estas equações foram comparados com os resultados das simulações por elementos finitos e outros resultados obtidos com equações disponíveis em normas pertinentes. Em conclusão, o método de elementos finitos usado neste trabalho simulou satisfatoriamente o comportamento em testes hidrostáticos de componentes tubulares tipo Tê, com redução concêntrica, curvados a quente e curvados a frio, com defeitos de perda de espessura metálica e que foram reparados com materiais compósitos. Por sua vez, os resultados numéricos auxiliaram na validação de equações analíticas simples que poderão ser usadas na determinação de espessuras otimizadas de sistemas de reparos com materiais compósitos. / [en] This dissertation investigates four geometries of pipe components that operate with internal pressure and contain metal loss defects in areas of their external surface. These components were repaired with two systems of composite materials that consisted of epoxy resin reinforced by glass fiber (ERFV) and epoxy resin reinforced by carbon fiber (ERFC). The following tubular specimens were studied: components with concentric diameter reducers, hot curved short radius elbow components, cold curved long radius elbow components and T-components. The finite element method was used to simulate the behavior of the specimens when submitted to hydrostatic tests. The simulations took into consideration the behavior of the material of the pipes API 5L Grade B in their elastic and plastic regions, and investigated the increase in the rupture strength of the pipes with defects that was provided by the presence of composite repairs. The results obtained with the finite element models, used for the determination of distributions of deformation and burst pressures, were compared with experimental results available for each pipe component. The results of these comparisons were satisfactory. Subsequently, simple analytical equations were developed to determine the optimized thicknesses for the composite repair systems and the results obtained from these equations were compared with the results determined with the finite element models and with other results obtained with equations recommended by international relevant standards. In conclusion, the finite element method used in this work satisfactorily simulated the behavior of the selected pipe components with defects of metal loss that were hydrostatically tested and that were repaired with composites materials. The numerical results helped to validate simple analytical equations that can be used in the determination of the optimized thicknesses of repair systems with composite materials.

[pt] Apresenta-se uma metodologia de análise numérica para dutos enterrados usados no transporte de petróleo e gás, considerando não-linearidades geométricas e não linearidades de material baseada na formulação Lagrangeana Total. Emprega-se uma modelagem com base em uma discretização com elementos especiais de viga. As equações de equilíbrio são formuladas a partir do principio dos trabalhos virtuais, segundo as componentes de tensão e deformação no elemento viga-duto, com emprego da técnica do Módulo Reduzido de Integração Direta (RMDI), na qual incorpora-se o comportamento plástico do material. Esta técnica exclui da análise os efeitos da flambagem local nas paredes do duto. As matrizes para resolução por elementos finitos destas equações são derivadas. Incorporam- se, nesta metodologia os efeitos de pressão interna constante no duto assim como a interação solo-duto através da modelagem do solo por meio de molas elasto-plásticas verticais e horizontais. Na modelagem desenvolvida as cargas distribuídas são consideradas como constantes no sistema global de eixos. Desenvolve-se um programa para computador segundo a metodologia apresentada. São estudados alguns exemplos com o objetivo de avaliar numericamente os resultados de análise obtidos e formular algumas conclusões sobre o comportamento de dutos enterrados. / [en] This work presents a numerical methodology for the analysis of buried pipes employed by the transport of oil and gas. Both geometric and material nonlinearities are considered in a total Lagrangean formulation. A special type of beam element is employed in the finite element discretization. The equilibrium equations are formulated based on the virtual work principle considering the stress and deformation components of the beam-pipe element. The Reduced Modulus Direct Integration (RMDI) technique is employed through which the plastic material behavior is incorporated. This technique excludes from the analysis the local buckling effects of the pipe walls. The corresponding finite element matrices for this element are obtained. In this methodology the effects of the constant internal pressure as well as the soil-pipe interaction by means of elastic-plastic uplift, bearing and longitudinal springs are included. Distributed loads are considered constant with respect to the global axis. A computer code is developed according to the methodology presented. Some examples are studied with the objective to evaluate numerically the analysis results and to formulate some conclusions to the behavior of buried pipes.