[pt] Os materiais compósitos foram desenvolvidos para substituir o uso de ligas metálicas em aplicações de alto desempenho, se tornando materiais muito utilizados devido a uma ampla combinação de propriedades mecânicas. O setor de oleodutos, com o passar dos anos, tem enfrentado problemas nas tubulações devido ao envelhecimento e deterioração causados, principalmente, pela corrosão. Para solucionar esses problemas, normalmente, são utilizados reparos convencionais feitos com materiais metálicos tendo a finalidade de substituir a parte danificada. Porém, esse processo é muito trabalhoso e o setor de oleodutos tem visto como alternativa o uso de materiais compósitos poliméricos reforçados com fibra como reparo. As principais vantagens em relação aos reparos convencionais são a alta relação resistência-peso, a baixa concentração de tensão e a fácil aplicação. Entretanto, muitos estudos já mostraram que quando expostos a ambientes agressivos como temperatura, umidade e radiação ultravioleta, os materiais compósitos podem se deteriorar, ou seja, perdem suas propriedades mecânicas. Com isso, é importante analisar o efeito desses ambientes com o intuito de prever o comportamento mecânico, a vida útil e as possíveis falhas do reparo de juntas coladas. Com a finalidade de entender o comportamento mecânico, a adesão e a vida útil da junta adesiva, o objetivo desse trabalho foi analisar o envelhecimento de reparos em uma atmosfera salina. Foram utilizadas juntas Double-Lap Shear – DLS de compósito polimérico reforçado com fibra de vidro sobre um substrato de aço. As juntas foram fabricadas com quatro tipos tratamentos superficiais diferentes: I) Sem Silano / lixamento manual; II) Sem Silano / máquina Monti; III) Com Silano / lixamento manual; IV) Com Silano / máquina Monti. Os reparos de juntas coladas foram analisados em relação aos efeitos de temperatura (35 graus C, 55 graus C e 70 graus C) e da exposição a ambientes de névoa salina por um tempo de envelhecimento de até 6830h. O efeito do envelhecimento e a variação das propriedades mecânicas foram avaliados pelo ensaio destrutivo DLS e foi utilizado o ensaio não destrutivo de ultrassom para detectar o tamanho e localização dos defeitos. Como resultado, observou-se que quanto maior a temperatura de envelhecimento mais rápida foi a degradação das propriedades mecânicas e que as amostras que possuem silano, mantiveram maior resistência ao longo do tempo de envelhecimento. Também foi observado que o modo de falha de junta mudou com o passar do tempo e da temperatura tornando a falha adesiva a mais comum. Em relação ao ensaio de ultrassom, foi observado que a técnica de ultrassom foi eficiente para localizar e dimensionar o tamanho dos defeitos. Porém, não foi possível fazer uma comparação do aumento da área de defeitos com a variação das propriedades mecânicas. / [en] Composite materials have been developed to replace the use of metal alloys in high-performance applications, becoming widely used materials due to their broad combination of mechanical properties. Over the years, the pipeline sector has faced problems in pipelines due to aging and deterioration caused mainly by corrosion. To solve these problems, conventional repairs made with metallic materials are usually used to replace the damaged part. However, this process is very laborious, and the pipeline sector has seen the use of fiber-reinforced polymer composite materials as an alternative for repair. The main advantages compared to conventional repairs are high strength-to-weight ratio, low stress concentration, and easy application. However, many studies have shown that when exposed to aggressive environments such as temperature, humidity, and ultraviolet radiation, composite materials may deteriorate, meaning they lose their mechanical properties. Therefore, it is important to analyze the effect of these environments to predict the mechanical behavior, service life, and possible failures of adhesive joint repairs. In order to understand the mechanical behavior, adhesion, and service life of the adhesive joint, the aim of this work was to analyze the aging of repairs in a saline atmosphere. Double-Lap Shear (DLS) joints made of fiberglass-reinforced polymer composite on a steel substrate were used. The joints were made with four different surface treatments: I) Without Silane / manual sanding; II) Without Silane / Monti machine; III) With Silane / manual sanding; IV) With Silane / Monti machine. The bonded joint repairs were analyzed for the effects of temperature (35 degrees C, 55 degrees C, and 70 degrees C) and exposure to salt spray environments for an aging time of up to 6830h. The effect of aging and variation of mechanical properties were evaluated by destructive DLS testing, and non-destructive ultrasonic testing was used to detect the size and location of defects. As a result, it was observed that the higher the aging temperature, the faster the degradation of mechanical properties, and that samples with silane maintained greater resistance over the aging time. It was also observed that the joint failure mode changed over time and temperature, making adhesive failure more common. Regarding ultrasonic testing, it was observed that the technique was effective in locating and sizing defects. However, it was not possible to compare the increase in defect area with the change of the mechanical properties.

[pt] A integridade de tubulações é um dos aspectos-chave para a operação segura e eficiente das estruturas offshore. Falhas em tubulações podem resultar em consequências econômicas e ambientais significativas, tornando a gestão da integridade de tubulações uma prioridade importante para a indústria. Uma das ferramentas mais eficazes para gerenciar tubulações em serviço é através de testes não destrutivos (NDT, na sigla em inglês). Neste estudo, inspeções de ultrassom e shearografia foram realizadas em tubulações metálicas com reparos compósitos ao longo de aproximadamente dois anos e seus resultados foram comparados. As amostras de tubos de aço com reparos compósitos foram submetidas a pouco mais de 13.500 horas de envelhecimento acelerado por névoa salina, em três diferentes temperaturas. As amostras foram removidas das câmaras de névoa salina em intervalos regulares e inspecionadas usando aparelhos de inspeção em campo. Os resultados mostraram que ambas as técnicas forneceram resultados consistentes entre cada inspeção, embora nem sempre fossem consistentes entre si. Mapas comparando as detecções e a precisão de cada técnica foram fornecidos. A viabilidade de cada técnica como ferramenta de campo para monitorar a integridade das tubulações também foi avaliada com resultados positivos. Além disso, uma metodologia de Arrhenius modificada foi proposta como um primeiro passo para prever a propagação de danos a longo prazo. / [en] Pipeline integrity is one of the key aspects for safe and efficient operation of offshore structures. Pipeline failures can result in significant economic and environmental consequences, making pipeline integrity management a top priority for the industry. One of the most effective tools for managing in-service pipelines is non-destructive testing (NDT). In this study, ultrasound and shearography inspections were performed on composite pipeline repairs over the course of approximately two years and their results were compared. The test samples evaluated were steel pipes with composite repairs and were submitted to just over 13,500 hours of salt-spray accelerated ageing, under three different temperatures. Test samples were removed from the salt-spray chambers at regular intervals and inspected by using field inspection apparatus. The results showed that both techniques provided consistent results between each inspection, although not always being consistent with each other. Maps comparing detections and accuracy of each technique were provided. The feasibility of each technique as a field tool for monitoring pipeline integrity was also evaluated with positive results. Furthermore, a modified Arrhenius methodology was proposed as a first step towards predicting long-term damage propagation.

[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.