Medição de momento fletor em dutos utilizando o método do furo cego com interferometria laser

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014.Diante de cenários de faixas de dutos sujeitas à movimentação do solo, o conhecimento do estado de tensões presentes no duto caracteriza-se como importante requisito, não só para a avaliação de integridade, como também para um consequente planejamento de ações preventivas ou corretivas a serem adotadas no âmbito da geotecnia. Esse estado de tensões presente na seção transversal em análise pode ser descrito como consequência, principalmente, da combinação dos carregamentos gerados por: (a) pressão interna, de fácil determinação; (b) cargas axiais e de momentos fletores, originados pela interação com o solo e objetos de interesse da análise; e (c) tensões residuais de construção e montagem. Essas últimas, por serem desconhecidas a priori e de difícil determinação, acabam por mascarar as componentes de interesse, principalmente os carregamentos axiais. Nesse contexto, diferentes procedimentos para a medição do momento fletor atuante na seção transversal de um duto são propostos e avaliados nesta dissertação, todos utilizando por base a medição de tensões mecânicas através do método do furo cego, regida pela norma ASTM E837-13a. Para a avalição desses procedimentos, um dispositivo que simula carregamentos de flexão em dutos foi desenvolvido e utilizado como padrão de tensões, e um interferômetro laser de sensibilidade radial foi utilizado como alternativa aos extensômetros convencionais na medição do campo de deformações ao redor do furo. A principal vantagem dessa alternativa foi a redução significativa do tempo dos ensaios viabilizando uma densa coleta de dados. Além do procedimento para a determinação do momento fletor, uma forma de avaliar em campo a incerteza dessa medição também é apresentada.Abstract : When facing pipeline rights of way subjected to ground movements, knowledge of the stress fields present in pipelines is an important issue for integrity assessment as well as for the planning of preventive or corrective actions that need to be taken in scope of geotechnical engineering. The stress field on a pipeline cross-section can be described as a combination of loadings: (a) internal pressure, which is well known; (b) axial load and bending moment due to soil-pipe interaction, both of which are objects of interest with regard to the analysis; and (c) pipeline manufacturing residual stresses. The latter, being a priori unknown and difficult to determine, masks the components of interest, mainly the axial loads. Within this context, different procedures for measuring the bending moment acting on a pipeline cross-section are proposed and evaluated in this work. All of these procedures are based on stress measurements using the blind-hole drilling method standardized by ASTM E837-13a. In order to evaluate these procedures, a device that simulates bending loads in pipelines was developed and used as a stress standard, and a laser interferometer characterized by radial in-plane sensitivity was used as an alternative for conventional strain gauges to measure the strain field around the hole. The main advantage of this optical alternative is to be able to significantly reduce the measurement time and thus enabling a dense collection of data. In addition, a procedure that allows to determine the bending moment uncertainty in situ is also put forward in this work