Recuperação submarina: desprendimento, subida e saída da água
Recuperar um equipamento do leito marinho não é simplesmente reverter sua instalação. O leito marinho o mantém preso, seu peso é incerto e a tração causada pelo heave da embarcação pode impor à grua uma carga muito acima de sua SWL antes que ele se solte. Veja o que ocorre no desprendimento e o que um compensador de heave fez em nosso caso de recuperação de um caixão de sucção.
- A recuperação acrescenta cargas e riscos ausentes na instalação: a resistência do leito marinho, o peso alterado pela incrustação marinha, pela água e pelo solo retidos, e uma estrutura enfraquecida por anos de serviço.
- Um caixão de sucção resiste à extração, e essa resistência aumenta quanto mais rápido ele é puxado, pois a água não consegue entrar sob ele com rapidez suficiente. Com um cabo direto, é o heave da embarcação que dita esse ritmo.
- Um compensador passivo instalado em linha absorve o heave como curso. Assim, o guincho estabelece uma tração lenta e constante, mantendo baixa a sucção sob o caixão.
- Em nosso caso no CONSTELLATION, um CYGNUS de 700 t / 5 m extraiu um caixão de sucção de Ø6 m de uma argila firme a 120 m, com Hs de 2.5 m. O pico de carga no cabo foi de 566 t, 87 % da SWL da grua de 650 t. Com um cabo direto, a carga no cabo chegou a cerca de 1,280 t, quase o dobro da SWL da grua.
Na instalação, um objeto conhecido é baixado até um leito marinho preparado. Na recuperação, retira-se algo que permaneceu ali por anos: preso pelo solo, coberto de incrustações, muitas vezes cheio de água e sedimentos e possivelmente mais fraco do que quando foi instalado.
Por que recuperar é mais difícil do que instalar
- A resistência do leito marinho. A sucção sob um caixão ou uma base de apoio (mudmat), além da adesão e do atrito ao longo de suas saias, soma-se ao peso até que o equipamento se desprenda.
- Um peso desconhecido. A incrustação marinha, a água e os sedimentos retidos aumentam o peso; peças ausentes ou corroídas o reduzem. O peso na condição encontrada é uma estimativa com uma faixa de valores.
- Uma estrutura enfraquecida. Pontos de içamento e elementos estruturais podem ter perdido resistência por corrosão ou fadiga. Por isso, a carga que suportam pode ser menor do que na instalação.
- O desprendimento. Quando o leito marinho libera o equipamento, a resistência que o prendia desaparece de uma vez. A deformação elástica acumulada no cabo e nos acessórios de içamento o projeta para cima; o cabo pode ficar frouxo e depois sofrer uma carga de impacto.
Desprendimento
Os caixões de sucção mostram esse problema com clareza. Normalmente, são removidos bombeando-se água de volta para sob a tampa, o que os empurra para fora. Quando isso não é possível, a grua precisa extraí-los por tração, como no caso modelado aqui. À medida que o caixão sobe, a água precisa entrar sob sua tampa pela válvula. Se ele subir mais rápido do que a água consegue entrar, a pressão interna cai e a resistência do leito marinho aumenta, até que o solo dentro do caixão ceda. O atrito ao longo da saia acrescenta uma parcela que varia pouco com a velocidade.
Com um cabo direto, a tração vem tanto do heave da embarcação quanto do guincho: cada onda puxa rapidamente, elevando a resistência do solo e a carga no cabo. Se o caixão se desprender sob essa tração, a deformação elástica acumulada no cabo o projeta para cima (Figura 1).
Um compensador passivo em linha muda essa dinâmica. A unidade absorve o heave da embarcação como curso, de modo que a tração no caixão é determinada pelo guincho, de forma lenta e constante, e a resistência do solo permanece menor. Em nosso caso, o caixão saiu de forma contínua, a menos de 0.1 m/s, sem desprendimento súbito. Quando o leito marinho libera o equipamento de uma vez, o amortecimento da unidade limita a velocidade com que ele é erguido, em vez de deixar que a deformação elástica acumulada no cabo o projete para cima.
Subida e saída da água
Depois de liberado, o equipamento é içado pela coluna d’água, e o cabo suporta seu peso na água mais o arrasto, muitas vezes com solo ainda dentro do caixão ou água retida na estrutura. Na superfície, a travessia da zona de respingo ocorre no sentido inverso: o empuxo diminui à medida que o equipamento sai da água, e a água e o solo que ele carrega aumentam seu peso no ar. DNV-RP-N103 exige que essa água retida seja considerada na verificação do curso do compensador durante a recuperação. Travessia da zona de respingo explica as cargas na superfície.
Nosso caso de recuperação de um caixão de sucção
Em um modelo do CONSTELLATION para esse caso, uma embarcação de construção com grua de 650 t recupera um caixão de sucção de Ø6 × 10 m (107 t no ar, 93 t na água) apenas pela tração da grua, através de uma válvula superior de Ø0.5 m, em argila firme a 120 m de profundidade, com um cabo de 90 mm em três ramais, sob Hs de 2.5 m e Tp de 8.0 s. A mesma configuração e o mesmo estado de mar foram simulados com um CYGNUS dimensionado para o caso, de 700 t / 5 m, instalado em linha, e com um cabo direto.
| Resultado | Cabo direto | Com CYGNUS |
|---|---|---|
| Pico de carga no cabo | cerca de 1,280 t | 566 t |
| Em relação à SWL da grua de 650 t | quase o dobro | 87 % |
| Em relação à SWL do cabo de 663 t | quase o dobro | 85 % |
| Em relação à carga de ruptura do cabo de 1,658 t | 77 % | 34 % |
| Caixão extraído da argila | não: subiu cerca de 1 m | sim: extraído continuamente a menos de 0.1 m/s; saia totalmente fora do leito marinho cerca de 4.5 minutos após o início da simulação |
Após o início do desprendimento, a unidade operou sem tocar seus batentes, predominantemente na metade inferior do curso, enquanto o guincho extraía continuamente o caixão da argila. A simulação termina quando a saia sai completamente do leito marinho; portanto, não abrange a subida nem a saída da água. Com o cabo direto, a carga no cabo ultrapassou a SWL da grua enquanto o solo ainda prendia o caixão, que subiu cerca de 1 m. Trata-se de uma realização do estado de mar, e o CYGNUS foi dimensionado para este caso; uma recuperação real é modelada para o equipamento, o solo e a embarcação específicos.
Escolha da unidade
RIGEL mantém a regulagem definida no convés. CYGNUS pode liberar gás, e ANTARES pode liberar e adicionar gás; assim, ambos podem se recentrar à medida que a carga diminui após o desprendimento. Em nosso caso, o CYGNUS manteve a regulagem de desprendimento durante toda a simulação: carregado para várias centenas de toneladas, ficaria fechado contra o batente quando o caixão estivesse suspenso livremente com 93 t na água. Por isso, a subida e a saída da água exigem verificações próprias. Os três têm classificação para até 3,000 m. Para desprendimentos com maior incerteza, o controle ativo oferece mais flexibilidade; nossa unidade ativa VEGA está em desenvolvimento.
Fontes e premissas
- O caso de recuperação é um modelo no CONSTELLATION com extração de caixão de sucção dependente da velocidade: atrito ao longo da face externa da saia mais uma depressão interna determinada pelo fluxo através de uma válvula superior de Ø0.5 m e limitada pelo menor valor entre a capacidade de carga reversa do solo e a cavitação, em argila com resistência ao cisalhamento não drenada de cerca de 42 kPa. O movimento da embarcação é aplicado na ponta da grua em seis graus de liberdade. A simulação cobre a extração e termina quando a saia do caixão sai completamente do leito marinho.
- Uma realização do estado de mar (Hs de 2.5 m, Tp de 8.0 s). O CYGNUS de 700 t / 5 m foi dimensionado para o caso e manteve a mesma carga de gás durante toda a simulação.
- A exigência relativa à água retida vem da DNV-RP-N103, anteriormente DNV-RP-H103 (abril de 2010, 4.7.7.4).
Perguntas frequentes
Por que a recuperação submarina é mais difícil do que a instalação?
O leito marinho prende o equipamento, seu peso mudou desde a instalação, sua estrutura pode estar mais fraca e a liberação no desprendimento pode projetá-lo para cima e causar uma carga de impacto no cabo. Esses fatores não estão presentes na instalação.
O que é o desprendimento por sucção?
Um caixão de sucção ou uma base de apoio (mudmat) resiste à extração do leito marinho. Sob um caixão, a água precisa entrar pela válvula superior à medida que ele sobe; se for puxado mais rapidamente, a pressão sob ele cai e a resistência do leito marinho aumenta. Sob uma base de apoio em argila, a sucção dura tempo demais para esperar que se dissipe, então o içamento precisa vencê-la. O atrito ao longo das saias aumenta essa resistência.
Como um compensador de heave ajuda no desprendimento?
Ele absorve o heave da embarcação como curso, de modo que o guincho estabelece uma tração lenta e constante e a resistência do solo permanece menor. Em nosso caso, o caixão saiu continuamente, a menos de 0.1 m/s, sem desprendimento súbito. Quando o leito marinho libera o equipamento de uma vez, o amortecimento da unidade limita a velocidade com que ele é erguido, em vez de deixar que a deformação elástica acumulada no cabo o projete para cima.
O compensador precisa mudar sua regulagem durante a recuperação?
Depende de quanto a carga diminui depois que o equipamento se desprende. O RIGEL mantém a regulagem definida no convés; o CYGNUS pode liberar gás, e o ANTARES pode liberar e adicionar gás. Em nosso caso do caixão, a regulagem foi escolhida para o desprendimento. Assim, a unidade ficaria fechada contra o batente quando o caixão estivesse suspenso livremente, e a subida e a saída da água exigem verificações próprias.
O que mostrou o modelo de recuperação?
Em nosso caso no CONSTELLATION, um CYGNUS dimensionado para o serviço, de 700 t / 5 m, extraiu um caixão de sucção de Ø6 m de uma argila firme a 120 m, com Hs de 2.5 m. O pico de carga no cabo foi de 566 t, 87 % da SWL da grua de 650 t. Com um cabo direto, a carga no cabo chegou a cerca de 1,280 t, quase o dobro da SWL da grua. Trata-se de uma realização do estado de mar, e a simulação cobre apenas a extração, não a subida.
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- o equipamento, a faixa estimada do seu peso na condição encontrada e seus pontos de içamento
- os dados do solo ou a resistência ao desprendimento esperada
- a embarcação, a grua, os acessórios de içamento e os estados de mar
Modelaremos o desprendimento no CONSTELLATION, com e sem compensador, e verificaremos a subida e a saída da água para sua unidade e seus acessórios de içamento.
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