O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. / The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.

A crescente utilização de plataformas flutuantes na atividade de exploração de petróleo vem exigindo desenvolvimento de estudos relacionados a novas técnicas de execução e metodologias de projetos de fundações em ambiente marinho. A presente pesquisa é continuação do trabalho desenvolvido por Rocha (2014) e tem como objetivo: estudar a atenuação de cargas dinâmicas no trecho da linha de ancoragem embutida no solo, através de experimentos em modelos reduzidos com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório a partir de um sistema de carregamento dinâmico capaz de produzir vibração com faixas de aceleração e frequência desejadas. Para atingir os objetivos da pesquisa foram abordados os conceitos da carga dinâmica, reologia e tixotropia. Foram realizados ensaios em solos argilosos com teores de umidade em torno de 120%, obtidos a partir de misturas no laboratório de caulim (85% em massa seca), bentonita (15% em massa seca) e água, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore prospectados pela Petrobras. Os ensaios de mini palheta e extração de umidade ao longo da profundidade permitiram concluir que os valores da resistência não drenada da argila crescem com profundidade, enquanto o teor de umidade decresce, sendo que a resistência ao cisalhamento não-drenada guarda similaridade em relação às condições de campo. Na realização dos ensaios de carregamentos estáticos e dinâmicos realizados com variação do ângulo de referência de 0º a 55º foram utilizadas duas células de cargas para medir as forças aplicadas no touch down point e no ponto de ancoragem. Os resultados obtidos nesses ensaios mostraram atenuação de carga devido à força de reação (atrito) gerada pelo solo na interface solo-corrente, quando a massa do solo envolvente é sujeita a grandes deformações. Observou-se que a magnitude de atenuação estática varia de 12,9 a 18,3% e depende da variação de profundidade de embutimento da estaca (comprimento da linha de ancoragem), do ângulo de referência, da resistência não drenada da argila e do nível de força de pré-tração aplicada, enquanto que no ensaio de carregamento dinâmico verificou-se que os valores de atenuação normalizada de cargas dinâmicas situam-se na faixa de 24 a 26% e são levemente influenciados pela variação da força de pré-tração e frequência de vibração devido à parcela viscosa da argila. / The increasing use of floating platforms for oil exploration activity has required development of studies related to new techniques and methodologies for foundation design in the marine environment. This research is the continuation of the work of Rocha (2014) and aims: to study the attenuation of dynamic loads in buried mooring lines through experiments in reduced scale models in clay deposits. The tests were performed in the laboratory from a system of dynamic loading that is able to produce vibration within desirable ranges of acceleration and frequency. The concepts of dynamic loading, rheology and thixotropy are discussed in order of evaluating the properties of the clay. Tests were conducted on clay soils with moisture content of about 120% obtained from laboratory mixtures of kaolin (85% dry matter), bentonite (15% dry matter) and water, in order to obtain a clay soil with geotechnical properties similar to those of offshore fields prospected by Petrobras. The mini vane tests and water content of specimens showed that the values undrained shear strength increase with increasing depth, while the moisture content decreases. In carrying out static and dynamic loading tests performed on reference angles ranging from 0° to 55° two cell loads were used to measure the forces applied at the touch down point and at the anchor point. The results obtained in these tests showed load attenuation due to the reaction forces (friction) generated by the soil along the soil-stream interface, when the mass of the surrounding soil is subjected to large deformations. It was observed that the magnitude of the static attenuation varies from 12.9 to 18.3%, the variation being a function of depth of cutting mounting (anchoring line length), reference angle, undrained shear strength of the clay and level of pre-applied tensile force, while the dynamic loading tests were found to give normalized attenuation values of dynamic loads in the range of 24 to 26%. Under dynamic loading, attenuation is slightly influenced by variation of tensile force and frequency of vibration due the viscous efects of the clay.

A crescente utilização de plataformas flutuantes na atividade de exploração de petróleo vem exigindo desenvolvimento de estudos relacionados a novas técnicas de execução e metodologias de projetos de fundações em ambiente marinho. A presente pesquisa é continuação do trabalho desenvolvido por Rocha (2014) e tem como objetivo: estudar a atenuação de cargas dinâmicas no trecho da linha de ancoragem embutida no solo, através de experimentos em modelos reduzidos com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório a partir de um sistema de carregamento dinâmico capaz de produzir vibração com faixas de aceleração e frequência desejadas. Para atingir os objetivos da pesquisa foram abordados os conceitos da carga dinâmica, reologia e tixotropia. Foram realizados ensaios em solos argilosos com teores de umidade em torno de 120%, obtidos a partir de misturas no laboratório de caulim (85% em massa seca), bentonita (15% em massa seca) e água, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore prospectados pela Petrobras. Os ensaios de mini palheta e extração de umidade ao longo da profundidade permitiram concluir que os valores da resistência não drenada da argila crescem com profundidade, enquanto o teor de umidade decresce, sendo que a resistência ao cisalhamento não-drenada guarda similaridade em relação às condições de campo. Na realização dos ensaios de carregamentos estáticos e dinâmicos realizados com variação do ângulo de referência de 0º a 55º foram utilizadas duas células de cargas para medir as forças aplicadas no touch down point e no ponto de ancoragem. Os resultados obtidos nesses ensaios mostraram atenuação de carga devido à força de reação (atrito) gerada pelo solo na interface solo-corrente, quando a massa do solo envolvente é sujeita a grandes deformações. Observou-se que a magnitude de atenuação estática varia de 12,9 a 18,3% e depende da variação de profundidade de embutimento da estaca (comprimento da linha de ancoragem), do ângulo de referência, da resistência não drenada da argila e do nível de força de pré-tração aplicada, enquanto que no ensaio de carregamento dinâmico verificou-se que os valores de atenuação normalizada de cargas dinâmicas situam-se na faixa de 24 a 26% e são levemente influenciados pela variação da força de pré-tração e frequência de vibração devido à parcela viscosa da argila. / The increasing use of floating platforms for oil exploration activity has required development of studies related to new techniques and methodologies for foundation design in the marine environment. This research is the continuation of the work of Rocha (2014) and aims: to study the attenuation of dynamic loads in buried mooring lines through experiments in reduced scale models in clay deposits. The tests were performed in the laboratory from a system of dynamic loading that is able to produce vibration within desirable ranges of acceleration and frequency. The concepts of dynamic loading, rheology and thixotropy are discussed in order of evaluating the properties of the clay. Tests were conducted on clay soils with moisture content of about 120% obtained from laboratory mixtures of kaolin (85% dry matter), bentonite (15% dry matter) and water, in order to obtain a clay soil with geotechnical properties similar to those of offshore fields prospected by Petrobras. The mini vane tests and water content of specimens showed that the values undrained shear strength increase with increasing depth, while the moisture content decreases. In carrying out static and dynamic loading tests performed on reference angles ranging from 0° to 55° two cell loads were used to measure the forces applied at the touch down point and at the anchor point. The results obtained in these tests showed load attenuation due to the reaction forces (friction) generated by the soil along the soil-stream interface, when the mass of the surrounding soil is subjected to large deformations. It was observed that the magnitude of the static attenuation varies from 12.9 to 18.3%, the variation being a function of depth of cutting mounting (anchoring line length), reference angle, undrained shear strength of the clay and level of pre-applied tensile force, while the dynamic loading tests were found to give normalized attenuation values of dynamic loads in the range of 24 to 26%. Under dynamic loading, attenuation is slightly influenced by variation of tensile force and frequency of vibration due the viscous efects of the clay.

O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. / The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.

Nowadays, the Norwegian Public Roads Administration plans to replace the ferry connections along the western coast of Norway with fixed road connections through the coastal highway E39 project. Due to the necessity of bridging long distances with considerable depths, non-conventional engineering solutions are being developed. To date, the first fjord planned to be cross is Bjørnafjord, located just in the middle of Trondheim and Kristiansand. In order to bridge the fjord distance, three innovative solutions have been developed: a submerged floating tube bridge, a floating pontoon bridge, and finally, a multi-span suspension bridge. It is known that these structures are affected by periodic environmental forces which may cause significant fatigue problems in some structural components, disturbing their service behaviour. The aim of this master thesis is to deeply analyse the cumulative fatigue damage produced in the mooring lines of a proposed solution for crossing Bjørnafjorden as well as to investigate the influence of the implementation of different mooring line scenarios on the damage. A 3D finite element model of the chosen alternative was conducted and verified. The model provided the stress variations in each mooring line which were processed through Excel software using macros performed as well as Matlab scripts in order to obtain the results. Then, a deep fatigue damage assessment was carried out discussing how different tension-history time period calculations affect to the damage, as well as which fatigue evaluation methodology is adequate for the chosen solution. Moreover, the fatigue damage produced on the initial mooring line system configuration was analysed. It was investigated the repercussions of each direction and the contribution of each environmental load on the total damage. Last but not least, it was researched the influence of different water depths and line configurations on the fatigue damage. The results show that the fatigue damage obtained for the adopted solution remains far from the failure threshold with the worst damage produced in the mooring line chain components. The previous results have been computed employing a 1-hour analysis duration through the rainflow counting method. Also, the worst fatigue damage is produced by environmental states propagating in a westerly direction, corresponding to the maximum fetch. Regarding the load contribution in the fatigue damage, it is proved in this case that the current loads stabilise the mooring lines, reducing the fatigue damage. Finally, investigating the effect of various mooring line scenarios on the damage it has been proved that the fatigue damage is increased as the water depth is decreased and as the lateral mooring lines are separated from the initial configuration.

Marine renewable energy promises to provide a significant contribution to the future electricity supply. It is estimated that 17% of today's UK electricity demand could be generated from wave and tidal sources. The ambition to harvest this resource is in the public interest, as it eases the pressures on energy security, holds the potential to reduce carbon emissions and has the prospect to create a new UK industry sector worth £15 billion. From an engineering perspective, marine energy is one of the least developed renewable energy technologies and has to be regarded as unproven. The reliability of components and devices in the harsh marine environment is one of the main engineering challenges. Reliability assessments and the assurance of acceptable reliability levels are dependant on the adequacy of failure information, which is scantily available for marine energy. This thesis shows that large failure rate uncertainties impede the reliability assessment for wave energy converters and how a suite of experimental, numerical and statistical methods can be applied to improve scarcely available reliability information. The analysis of component load conditions identifies fatigue as failure mode of concern and the fatigue life of mooring lines and marine power cables is quantified in a floating wave energy application. A Bayesian statistical approach and dedicated service-simulation component testing is proposed, and implemented to improve the quality of reliability estimates and to provide relevant data and assurance. The methods presented, along with the results, will assist reliability assessment and design during early development stages, and will inform the prediction of maintenance requirements during operation. Reliable marine energy systems will be the technical enabler for the successful transition of prototype devices to a commercially viable marine energy industry.

As embarcações projetadas na atualidade possuem dimensões muito superiores às empregadas no passado recente do transporte marítimo, tanto para os navios de carga, quanto para os navios de cruzeiro. Esta realidade tem suas vantagens, permitindo o transporte de maior volume de cargas e passageiros, reduzindo os custos agregados às mercadorias e pessoas transportadas, mas, em contrapartida, traz desvantagens, pois essas embarcações possuem maior área exposta às ações ambientais, como ventos e correntes. Além disso, existe a demanda de amplos espaços náuticos, particularmente lâminas d\'água, e auxílio de rebocadores para acesso e atracação destas embarcações. Para reduzir os custos com as operações de dragagem, mais terminais portuários são construídos em áreas expostas a condições ambientais mais severas. Todas estas condições implicam diretamente no comportamento das embarcações atracadas, pois estas poderão estar sujeitas a movimentos de grande amplitude, suscetíveis de reduzir a eficiência e a segurança com que as operações de movimentação de carga são realizadas, podendo obrigar a sua interrupção e, nos casos mais críticos, provocar a ruptura das linhas de amarração e/ou danos nas defensas, podendo causar danos na estrutura de acostagem e na própria embarcação eventualmente, ocasionando vítimas. Levando em conta todos estes fatores, existem métodos pelos quais é possível o desenvolvimento de planos de amarração para conter os movimentos da embarcação durante a movimentação da carga e passageiros, buscando sempre obter o máximo de segurança nas operações no cais. Ainda para a verificação da eficácia e otimização dos planos de amarração, antes da sua implantação no terminal, existem métodos de análise, em que é possível estimar as forças exercidas nos cabos das linhas de amarração. Desta forma, este trabalho propôs-se a realizar uma pesquisa comparativa do emprego dos métodos analítico e de modelagem física. Assim, obteve-se uma avaliação crítica quanto à estimativa de esforços nos cabos das linhas de amarração de embarcações atracadas sob a ação de correntes. / Currently designed vessels have dimensions much higher than those used in the recent past of shipping, both for cargo ships and for cruise ships. This reality has its advantages, allowing the transportation of a larger volume of cargo and passengers, reducing the aggregate costs to the goods and people transported, but, on the other hand, it has disadvantages, since these vessels have greater area exposed to environmental actions, such as winds and currents. In addition, there is a demand for large nautical spaces, particularly water slides, and assistance of tugs for access and mooring of these vessels. To reduce costs with dredging operations, more port terminals are built in areas exposed to more severe environmental conditions. All these conditions directly imply the behavior of moored vessels, as these may be subject to large-scale movements, which may reduce the efficiency and safety with which the cargo handling operations are carried out, and may cause them to be interrupted and in the worst-case scenario,, damage the fenders and the berthing structure the vessel itself possibly causing casualties. Taking into account all these factors, there are methods by which it is possible to develop mooring plans to contain the movements of the vessel during the movement of the cargo and passengers, always seeking to obtain maximum safety on the dockside operations. In order to verify the efficacy and optimization of the mooring plans, prior to their implementation in the terminal, there are methods of analysis, in which it is possible to estimate the forces exerted on the ropes of the mooring lines. In this way, this work proposes to carry out a comparative research of the use of analytical and physical modeling methods. Thus, a critical evaluation was obtained regarding the estimation of efforts in the cables of the mooring lines of vessels moored under the action of currents.

O presente trabalho vem propor um estudo numérico qualitativo de um modelo hidro-elástico para simulação das vibrações induzidas por vórtices (VIV) em cabos submersos. O modelo é composto de um sistema acoplado de equações que descrevem tanto a estrutura quanto o fluido. A estrutura é modelada através de um oscilador elástico clássico e discretizada através de um método de massas concentradas. O fluido é considerado através de osciladores discretos baseados em modelos fenomenológicos com equação de Van der Pol ou Ginzburg-Landau. O acoplamento entre os dois ocorre na direção transversal ao escoamento local através da força de sustentação. O estudo foi feito para verificar quais tipos de comportamentos de resposta podem ser obtidos através do uso dos modelos fenomenológicos e, também, avaliar o potencial de tais modelos no ciclo de projeto na indústria atual, com foco na indústria petrolífera. Esta adequabilidade ao uso em projeto leva em conta, em primeiro lugar, a qualidade das respostas, mas também leva em conta a viabilidade da execução de simulações numéricas em tempo apropriado. Assim, um modelo numérico foi desenvolvido para permitir a integração, no domínio do tempo, deste sistema hidro- elástico. Esta integração é feita através de um método explícito de Euler e permite tratar não-linearidades dos osciladores elástico e fluido. Um conjunto de situações foi simulado numericamente, incluindo configurações verticais e também configurações em catenária. As simulações indicam alto grau de acoplamento entre os osciladores, o que leva a ressonância entre ambos na maior parte dos casos. Com relação ao comportamento do oscilador estrutural em si, foi possível observar fenômenos interessantes tais como lock-in e travelling waves, além do terceiro harmônico da vibração transversal detectado em alguns experimentos reportados em literatura. Com relação à adequabilidade do uso do modelo em projeto, considera-se que isto seja possível dada a relativa rapidez das simulações e aos resultados promissores que ainda podem ser melhorados. / The present work proposes a qualitative numerical study of a hydro-elastic model in order to simulate vortex-induced vibrations in submerged cables. The model is composed of a coupled system of equations describing the structure and the fluid. The structure is modeled through a classical elastic oscillator and discretized using a lumped mass approach. The fluid is modeled through discrete oscillators based on phenomenological models using Van der Pol or Ginzburg- Landau type equations. The coupling between these two oscillators is carried by the lift force. The study was carried in order to verify which response behavior can be obtained by using such phenomenological models and also, to evaluate their potential to be used in the offshore industry. In order to accomplish that, the model must provide reliable answers and must allow fast responses when it comes to simulation time. In this sense, a numerical model was developed to allow the time domain integration of this hydro-elastic model. The numerical integration is performed by a simple explicit Euler algorithm and allows dealing with non-linearities of both oscillators, elastic and fluid. A set of conditions was numerically simulated, including top tensioned risers and catenary. Simulations indicate a high level of coupling between the two oscillators and thus resonance is achieved in most part of the cases. With respect to the structural oscillator analysis, it was possible to observe interesting phenomena such as lock-in, travelling waves and also the third harmonic observed in some experiments and reported in the literature. Regarding the feasibility of the model usage in the daily offshore industry life, it seems possible once the model generally runs fast and some promising results were achieved.

O presente trabalho vem propor um estudo numérico qualitativo de um modelo hidro-elástico para simulação das vibrações induzidas por vórtices (VIV) em cabos submersos. O modelo é composto de um sistema acoplado de equações que descrevem tanto a estrutura quanto o fluido. A estrutura é modelada através de um oscilador elástico clássico e discretizada através de um método de massas concentradas. O fluido é considerado através de osciladores discretos baseados em modelos fenomenológicos com equação de Van der Pol ou Ginzburg-Landau. O acoplamento entre os dois ocorre na direção transversal ao escoamento local através da força de sustentação. O estudo foi feito para verificar quais tipos de comportamentos de resposta podem ser obtidos através do uso dos modelos fenomenológicos e, também, avaliar o potencial de tais modelos no ciclo de projeto na indústria atual, com foco na indústria petrolífera. Esta adequabilidade ao uso em projeto leva em conta, em primeiro lugar, a qualidade das respostas, mas também leva em conta a viabilidade da execução de simulações numéricas em tempo apropriado. Assim, um modelo numérico foi desenvolvido para permitir a integração, no domínio do tempo, deste sistema hidro- elástico. Esta integração é feita através de um método explícito de Euler e permite tratar não-linearidades dos osciladores elástico e fluido. Um conjunto de situações foi simulado numericamente, incluindo configurações verticais e também configurações em catenária. As simulações indicam alto grau de acoplamento entre os osciladores, o que leva a ressonância entre ambos na maior parte dos casos. Com relação ao comportamento do oscilador estrutural em si, foi possível observar fenômenos interessantes tais como lock-in e travelling waves, além do terceiro harmônico da vibração transversal detectado em alguns experimentos reportados em literatura. Com relação à adequabilidade do uso do modelo em projeto, considera-se que isto seja possível dada a relativa rapidez das simulações e aos resultados promissores que ainda podem ser melhorados. / The present work proposes a qualitative numerical study of a hydro-elastic model in order to simulate vortex-induced vibrations in submerged cables. The model is composed of a coupled system of equations describing the structure and the fluid. The structure is modeled through a classical elastic oscillator and discretized using a lumped mass approach. The fluid is modeled through discrete oscillators based on phenomenological models using Van der Pol or Ginzburg- Landau type equations. The coupling between these two oscillators is carried by the lift force. The study was carried in order to verify which response behavior can be obtained by using such phenomenological models and also, to evaluate their potential to be used in the offshore industry. In order to accomplish that, the model must provide reliable answers and must allow fast responses when it comes to simulation time. In this sense, a numerical model was developed to allow the time domain integration of this hydro-elastic model. The numerical integration is performed by a simple explicit Euler algorithm and allows dealing with non-linearities of both oscillators, elastic and fluid. A set of conditions was numerically simulated, including top tensioned risers and catenary. Simulations indicate a high level of coupling between the two oscillators and thus resonance is achieved in most part of the cases. With respect to the structural oscillator analysis, it was possible to observe interesting phenomena such as lock-in, travelling waves and also the third harmonic observed in some experiments and reported in the literature. Regarding the feasibility of the model usage in the daily offshore industry life, it seems possible once the model generally runs fast and some promising results were achieved.

A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo, por sua vez, via a consideração apenas das respectivas forças. Para esses estudos foi analisado o sistema de amarração em um cenário típico, sob condições ambientais de vento, onda e correnteza. Finalmente, dada a sua importância observada nos resultados, foram discutidas as relações entre o VIM e alguns fatores externos, tais como: a razão de aspecto da plataforma; a presença concomitante de ondas e o amortecimento viscoso atuante nas linhas de ancoragem, sendo apresentados para este último uma comparação dos resultados obtidos numericamente com aqueles experimentais. / The vortex induced vibration VIV is a main subject studied in the offshore engineering, having its name adapted to VIM by the occurrence in Spar platforms in the Gulf of México. As the first monocolumn unit, the Sevan Piranema, was in Northeast Brazil in 2007, VIM occurrence in cylindrical units like this was questioned, having the mooring lines design dimensioned without this load. Firstly a detailed study about the works developed in this field was performed, and not being found enough publications about VIM in monocolumns, its characterization was aimed in terms of oscillation amplitude and period through model tests, due to the difficulty to obtain reliable results by means of analytical or numerical approaches. Later, with the objective of verifying the impact of VIM in extreme loads and, mainly, in fatigue damage, analyses with two different methods found in the literature were performed. The first consider the application of VIM as a motion in the numerical model, based on the experimental results, and the second applies the observed forces. For these studies the mooring system for a typical scenario was analyzed, under the wave, wind and current environmental force. At last, due to the importance observed from the results, there were discussed the relation of VIM with some external factors, like span wise relation, presence of waves and viscous damping, being presented for this last a comparison of the numerical model results with the experimental is presented.