PT820400E

PT820400E - Aparelho e processo para a avaliacao do leito de ancoragem

Info

Publication number: PT820400E
Application number: PT96912098T
Authority: PT
Inventors: Peter Bruce
Original assignee: Brupat Ltd
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2001-06-29
Also published as: NO311880B3; CA2218911A1; CA2218911C; DE69611441D1; CN1069279C; AU703249B2; TR199701237T1; EP0820400B3; NZ306484A; BR9608089A; KR19990008098A; US5970901A; AU5505296A; NO974930L; NO974930D0; JPH11504709A; ZA963364B; NO311880B1; EP0820400B1; EP0820400A1

Description

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Descrição “Aparelho e processo para a avaliação do leito de ancoragem” A presente invenção refere-se a um aparelho e a um processo para a avaliação de um leito de ancoragem.

Quando se estão a avaliar âncoras de cravação por arrasto, como elementos de ancoragem de expansão por desdobramento num leito de ancoragem marinho submerso, é desejável ter o conhecimento das características técnicas do solo do leito de ancoragem, em pontos coordenados na trajectória que é de esperar que cada âncora segue, quando se enterra no leito de ancoragem, em resposta a uma força de tracção intensa, aplicada substancialmente horizontalmente no cabo de tracção a ela ligado.

Em termos de comprimentos das unhas da âncora, as âncoras de cravação por arrasto com os desenhos mais modernos, como foi verificado experimentalmente, seguem uma trajectória que penetra tanto como cinco comprimentos das unhas da âncora abaixo da superfície de um leito marinho argiloso, normalmente consolidado, que ocorre com frequência, com gradiente de resistência ao corte de 1,6 kPa/m, quando puxada por uma corrente. Quando puxada por um cabo de fios metálicos, com um diâmetro igual a um terço de um cilindro circunscrito imaginário que contém a corrente, a trajectória penetra tanto como nove comprimentos das unhas da âncora. Para uma âncora de cravação por arrasto com as maiores dimensões presentemente em uso, com um comprimento das unhas da âncora de cerca de 6 metros e puxada por uma corrente, a trajectória do enterramento forma uma curva cuja inclinação diminui progressivamente com a horizontal, a partir de 50° no ponto de penetração inicial, até se tomar horizontal, para uma capacidade máxima de retenção da âncora de cerca de 40 vezes o peso da âncora, quando a âncora se deslocou cerca de 300 metros horizontalmente e se enterrou cerca de 54 metros verticalmente. Assim, é vantajoso ter dados técnicos de engenharia do solo do leito de ancoragem, numa área plana vertical que se estende pelo menos 300 metros ao longo da superfície do leito marinho, 54 metros abaixo do mesmo, em cada um de até doze sítios, separados em largura, num sítio de ancoragem por expansão, para permitir predizer cada trajectória.

No passado, os dados técnicos de engenharia para solos de leitos marinhos profundamente submersos eram derivados a partir de ensaios, a distância, de resistência ao corte, por meio de pás e ensaios remotos com penetrómetros de cone, avaliados em ligação com ensaios de laboratório efectuados em amostras do solo colhidas de um pequeno número de furos abertos no leito de ancoragem, em sítios escolhidos no local. Estes ensaios e amostragens são efectuados numa gama de profundidades até 60 metros, ou mais, abaixo da superfície do leito marinho, em cada um dos sítios escolhidos, para proporcionar uma matriz tridimensional de dados dos solos para esse sítio. Porém, devido aos custos extremamente elevados envolvidos na execução de tais investigações, invariavelmente minimiza-se o número de sítios escolhidos para ensaiar e colher amostras. Daí resulta o inconveniente de a interpolação do número reduzido de pontos de dados numa área grande do sítio deixar uma grande margem de incerteza entre os sítios escolhidos. Isso, por sua vez, conduz a uma considerável incerteza na predição da eficácia e da trajectória de uma âncora de cravação por arrasto, no solo do leito de ancoragem entre os referidos sítios.

Também, no passado, se mediram trajectórias de cravação das âncoras. As coordenadas horizontais numa trajectória têm sido determinadas por obtenção de deslocamentos aproximadamente horizontais da âncora, por medição de deslocamentos horizontais correspondentes de um ponto designado numa porção horizontal do seu cabo de tracção que não foi enterrado sob a superfície do leito marinho. As coordenadas verticais correspondentes foram determinadas, quer directamente, por utilização de um cabo fino fixado na âncora e puxado verticalmente para cima, para medir a sua profundidade de penetração abaixo da superfície do leito marinho, quer indirectamente, por utilização de um sensor de pressão, montado na âncora, para medir a pressão estática da coluna de água desde a âncora enterrada até à superfície do mar, através de um tubo flexível, que serve para conduzir a coluna de água da superfície do leito marinho até à âncora. No que respeita ao processo directo, os inconvenientes destes processos de medição antigos incluem a falta de certeza de que o cabo fino tenha sido puxado para ser suficientemente esticado, de modo a ficar verdadeiramente vertical no solo, sem influenciar a âncora enterrada, e a necessidade de numerosas repetições desta operação. No que respeita ao processo indirecto, os inconvenientes destes processos de medição antigos incluem a incerteza devida às flutuações da pressão, provocadas por ondas longas à superfície do mar, e a oclusão do tubo que conduz a coluna de água, por colapso da parede, devida à pressão do solo, por entrada de solo na sua extremidade livre.

Um objecto da presente invenção consiste em proporcionar um aparelho para fornecer dados de medida capazes de caracterxzar uma trajectória de enterramento percorrida por um ponto num aparelho de enterramento que se enterra num solo de um leito de ancoragem. 4

Um objecto subsidiário da presente invenção consiste em proporcionar um aparelho de enterramento por arrasto, capaz de estabelecer uma trajectória de enterramento profundo num solo de leito marinho, enquanto produz uma resistência horizontal à cravação por arrasto substancialmente menor que a seria produzida por uma âncora de cravação por arrasto e o seu cabo, enquanto se estabelece tal trajectória no solo. Um outro objecto subsidiário da presente invenção consiste em proporcionar aparelhos para a medição de uma característica técnica de engenharia do referido solo, em pontos característicos na referida trajectória traçada pelo referido ponto no referido aparelho de enterramento. Um outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um processo para a avaliação da ancorabilidade de um leito de ancoragem marinho, por interpretação da forma de uma trajectória de enterramento nele produzido pelo preferido aparelho de enterramento para ancoragem por arrasto.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, proporciona-se um aparelho para a produção de dados de medição capazes de caracterizar uma trajectória num solo de leito marinho, compreendendo o referido aparelho meios de avaliação, que incluem um componente de corpo para inclusão num aparelho de enterramento, adaptado para se enterrar num solo do leito marinho, estando os referidos meios de avaliação adaptados para produzir dados para determinar posições, no solo, de um ponto (P) do referido aparelho de enterramento ou componente de corpo, durante o enterramento, para permitir a determinação da trajectória do referido ponto (P), incluindo os referidos meios de avaliação meios de medição sensíveis ao movimento do aparelho de enterramento, para produzir os referidos dados.

Numa forma de realização preferida, um aparelho para estabelecer e caracterizar uma trajectória de enterramento num solo de leito marinho, compreende o aparelho de medição das características da invenção, como atrás se definiu, incluído num aparelho de enterramento que inclui um cabo de corrente de tracção, fixado numa extremidade de haste alongada, cuja outra extremidade está fixada num componente de unha para cravação por arrasto, no referido solo ao longo de uma trajectória que se situa num plano central vertical da frente para trás (X-X) do aparelho de enterramento, não excedendo a área projectada mínima do referido componente de haste e da referida unha projectada numa direcção particular no referido plano 20% (de preferência não excedendo 10%) da área máxima correspondente projectada perpendicularmente à referida direcção no referido plano.

De preferência, os referidos meios de medição servem para medir distâncias ao longo da trajectória que separa dois pontos afastados, na mesma, e adicionalmente um outro parâmetro, que compreende um qualquer de entre: a) a inclinação da trajectória num ponto na trajectória, b) o deslocamento horizontal do referido ponto, relativamente a um dado; e c) o deslocamento vertical do referido ponto em relação a um dado.

De preferência, os referidos meios para medição da distância ao longo da referida trajectória que separa dois pontos na mesma, são incluídos no referido componente de corpo.

De preferência o referido componente de corpo é alongado e oco e está ligado rotativamente ao referido ponto no referido aparelho de enterramento, de modo que pode alinhar-se axialmente na referida trajectória.

De preferência, proporciona-se um componente de linha fixado no referido componente de corpo, que pode estender-se hidrodinamicamente atrás do referido componente de corpo, para coincidir com a referida trajectória à medida que o aparelho de enterramento se enterra no solo do leito de ancoragem.

De preferência, o referido componente de corpo tem um compartimento interior que contém meios de armazenamento, que armazenam o referido componente de linha.

De preferência, o referido componente de linha está fixado, numa extremidade distante da sua fixação, no referido componente de corpo, a um elemento resistivo, exterior ao referido elemento de corpo, que resiste à penetração e se mantém na superfície do leito de ancoragem, à medida que o referido componente de corpo se desloca ao longo da referida trajectória, de modo que o componente de linha é arrastado para fora do componente de corpo para coincidir com a referida trajectória.

De preferência, os referidos meios para medir a distância entre pontos ao longo da referida trajectória são actuados pelo referido componente de linha enquanto sai do referido componente de corpo.

De preferência os referidos meios para medir a distância entre pontos ao longo da referida trajectória compreendem uma roda de roldana montada no referido componente de corpo e que pode ser rodada por passagem sobre a mesma do referido componente de linha, enquanto é puxado para fora do referido componente de corpo e um íman, rodado orbitalmente pela referida roda de roldana, para disparar um interruptor, sensor de campo magnético, no referido componente de corpo, para proporcionar uma saída de impulsos eléctricos, que define sucessivos pontos de separação fixa conhecida no referido componente de linha que ocupa a referida trajectória, enquanto a roda de roldana é rodada pelo componente de linha que sai.

De preferência, os referidos meios de medição para proporcionar dados, a partir dos quais pode determinar-se o ângulo de inclinação da trajectória, num ponto desta trajectória, compreende um dispositivo inclinómetro eléctrico, fixado rigidamente no referido componente de corpo, cuja saída é explorada para colheita de amostras, utilizando os impulsos de definição dos pontos provenientes do referido circuito sensor do campo magnético, no referido componente de corpo.

De preferência, o dispositivo inclinómetro compreende um acelerómetro, disposto para proporcionar uma tensão de saída proporcional ao produto da aceleração da gravidade terrestre pelo coseno do ângulo de inclinação do acelerómetro, relativamente à horizontal.

De preferência, o componente de corpo contém um registador de dados, accionado electricamente, para armazenar dados de medida do ângulo de inclinação de todos os pontos definidos pelos impulsos, de separação fixa conhecida ao longo do componente de linha que ocupa a referida trajectória.

De preferência, os referidos meios de armazenamento para o referido componente de linha compreendem uma bobina enrolada helicoidalmente com o componente de linha, que pode ser puxado para fora do interior da bobina.

De preferência, o referido compartimento interior que contém os referidos meios de armazenamento é preenchido com uma substância semelhante a massa lubrificante.

De preferência, o referido compartimento é fechado por um êmbolo deslizante, vedado, no qual se abriu um orifício que se ajusta estreitamente em tomo do componente de linha que sai através do mesmo, de modo que o movimento, induzido pela pressão, do êmbolo, quando o componente de linha vai saindo, elimina diferenciais de pressão através do êmbolo, impedindo assim a entrada de material do solo do leito de ancoragem para o interior do compartimento.

De preferência, o componente de linha compreende um cabo eléctrico, que serve adicionalmente para conduzir dados, através de sinais eléctricos, do componente de corpo, ao longo da trajectória, para um transportador acústico adjacente à superfície do leito de ancoragem, de modo que os dados que caracterizam a trajectória podem ser transmitidos para um receptor adjacente à superfície do mar.

Numa outra forma de realização, os referidos meios para medir a distância entre pontos ao longo da referida trajectória compreendem pás de turbina montadas num veio saliente do referido componente de corpo e um íman fixado a, e rodando orbitalmente com o referido veio para activar um interruptor sensor de campo magnético, no referido componente de corpo, para proporcionar uma saída de impulsos eléctricos que definem pontos sucessivos, com uma separação fixa, na referida trajectória, quando o referido veio é rodado pelo impacto do solo nas referidas pás, devido ao movimento do referido componente de corpo através do solo, ao longo da referida trajectória.

De preferência, o referido aparelho inclui meios para medir um parâmetro do solo, tal como, por exemplo, a resistência à penetração. De preferência, os referidos meios para a medição de um parâmetro do solo compreendem um penetrómetro que pode ser lido electricamente, disposto para medir a resistência do referido solo à penetração.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, um processo para a 9

produção de dados para a avaliação da ancorabilidade de um solo do leito marinho num leito marinho de ancoragem compreende: a) a disposição, no leito de ancoragem, de um aparelho para estabelecer e caractenzar uma trajectória de enterramento no referido solo e a tracção do cabo a ele ligado, até ser registada uma porção desejada de uma trajectória de enterramento; b) a interpretação da forma da trajectória caracterizada, para identificar, na mesma, pontos onde se verificam flutuações rápidas da inclinação que denotam variações rápidas de parâmetros do solo, travessia de interfaces entre camadas ou contacto com obstruções, todas as coisas influenciando uma graduação de ancorabilidade atribuída ao leito de ancoragem.

Descrevem-se formas de realização da presente invenção, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, uma representação (não à escala) de um aparelho para a avaliação de um leito de ancoragem, em utilização; A fig. 2, uma vista lateral, com corte parcial, de um aparelho de enterramento, tendo nele montado um aparelho de medição de características da trajectória; A fig. 3, uma vista de baixo, em planta, do aparelho da fig. 2, que mostra a sua área projectada máxima; A fig. 4, uma vista de frente do aparelho da fig. 2, observada numa direcção perpendicular à direcção de observação da fig. 3, na qual se vê a área projectada mínima; A fig. 5, uma vista lateral com corte parcial do aparelho de medição de características da trajectória e parte do aparelho de enterramento representado na fig. 10

"J A fig. 6, uma vista de frente do aparelho de medição de características da trajectória:, A fig. 7, uma vista de lado, em corte, de uma porção traseira alternativa do aparelho, de medição das características da trajectória representado na fig. 5. .

Com referência à fig. 1, um aparelho (1) para o estabelecimento e a caracterização de uma trajectória de enterramento (2) num solo (3) de leito marinho compreende um aparelho (4) de medição de características da trajectória, ligado a um ponto (P) num aparelho de enterramento (5) formado por um cabo (6) metálico, relativamente fino, fixado rotativamente numa extremidade de uma haste (7), estando a outra extremidade da referida haste fixada numa unha (8) para o enterramento de cravação por arrasto através da superfície (9) do leito marinho, no interior do solo (3) do leito marinho, quando puxado horizontalmente no mesmo, por um navio (10) à superfície (11) do mar. A trajectória (2) situa-se num plano vertical que contém a haste (7) e o plano central (X-X) do aparelho de enterramento (fig. 3 e 4) e começa na superfície (9) do leito marinho, segundo um ângulo de inclinação de aproximadamente 50° com a horizontal. A trajectória (2) diminui então progressivamente, em inclinação, até ser horizontal a uma profundidade (D) abaixo da superfície (9) do leito marinho. Em termos de múltiplos do comprimento (L), no sentido da frente para trás, da unha (8) da âncora, num solo argiloso normalmente consolidado com um gradiente de resistência ao corte de 1,6 kPa/metro, a profundidade (D) pode situar-se no intervalo de 9L a 18L e a trajectória (2) tomar-se-á horizontal depois de o aparelho (5) ter sido arrastado a uma distância de cerca de 40L a 50L, medida horizontalmente.

Com referência às fig. 1 a 4, o aparelho de enterramento (5) é construído com uma área projectada mínima presente para cada um dos seus componentes, quando visto no sentido para a frente (F) (fig. 2). A unha (8), de comprimento (L), tem uma área projectada máxima (A) (fig. 3), quando vista perpendicularmente à direcção (F) no plano central dirigido de frente para trás (X-X), que contém a haste (7). O diâmetro do cabo metálico (6) não excede (A) e de preferência 24L não excede (A). A haste (7) e a unha (8) são hidrodinâmicas e têm bordos de corte dianteiros agudos, para minimizar a resistência ao movimento de avanço no solo (3). A área projectada mínima, no sentido (F), da haste (7) e da unha (8), combinados, não excede 0,2A e, de preferência, não excede 0,12A. A área projectada mínima na direcção (F) da haste (7) não excede 0,1 A. As secções transversais da unha (8), por planos paralelos ao plano (X-X) têm substancialmente a forma de cunha, com um ângulo incluso dianteiro não superior a 10°C e, de preferência, não superior a 6o. A profundidade máxima das secções transversais adjacentes ao plano (X-X) não excede 0,15L e, de preferência, não excede 0,07L. Estas limitações dimensionais no aparelho de enterramento (5) permitem que ele penetre muito profundamente, a profundidades compreendidas entre 9L e 18L abaixo da superfície (9) do leito marinho, no atrás referido solo argiloso, para uma força horizontal relativamente baixa, aplicada no cabo metálico (6) pelo navio (10).

Com referência às fig. 2, 3 e 4, um aparelho (4) de medição da trajectória, inclui um corpo fechado oco cilíndrico metálico (12), que tem uma porção de nariz (13), cónica, dianteira, fixada numa orelha (14), saliente de uma porção dianteira da superfície inferior da unha (8) do aparelho de enterramento (5), por meio de um eixo de rotação (15) no ponto (P), que permite que o corpo (12) se alinhe 12

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automaticamente com a trajectória (2) devido ao impacto do solo não perturbado no mesmo.

Com referência, adicionalmente, às fig. 5 e 6, fixa-se uma sonda tubular (16) na porção de nariz cónica (13), que leva um penetrómetro de cone (17) normalizado, conhecido na indústria, no solo não perturbado avançado em relação ao corpo (12), sendo o cone do penetrómetro simétrico axialmente. O penetrómetro (17) proporciona uma saída eléctrica proporcional à pressão que o solo nele exerce. Um rotor de turbina (18) de escoamento do solo, com quatro pás (19) radiais, espaçadas uniformemente, está montado num veio (20), que fica saliente axialmente de uma porção traseira cónica (21) do corpo (12). O veio (20) também se estende para a frente, para uma cavidade interior (22) no interior do corpo (12). A área varrida pelas pás da turbina (19) excede a área da secção transversal máxima do corpo (12) suficientemente para garantir que o solo (3) que se escoa choca com as pás (19), para rodar o rotor (18) e o veio (20), enquanto o ponto (P) se desloca ao longo da trajectória (2) (fig. 2), devido à força de tracção exercida no cabo metálico (6). O veio (20) está dotado com uma vedação (23) do veio e casquilhos de apoio (24), montados à pressão no interior da porção traseira (21) do corpo (12). No veio (20), na cavidade (22), está montado um disco (25), que leva um iman (26). No interior da cavidade (22), junto ao disco (25), está montado um interruptor magnético de efeito de Hall (27), de modo que a passagem do iman (26) pelo interruptor (27), enquanto o veio (20) roda, produz um impulso eléctrico, uma vez por cada rotação do rotor da turbina (18). Este impulso eléctrico indica portanto pontos da trajectória (2), colocados a espaços iguais, que passam sucessivamente, sendo o referido espaçamento definido pelo passo escolhido para as pás (19) da turbina. 13 13

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Na cavidade (22) do corpo (12) estão montados um acelerómetro com saída de tensão, que actua como inclinómetro sensível (28), um registador de dados (29) e uma alimentação por uma pilha (30). O inclinómetro (28) está montado com o seu eixo vertical situado num plano da proa-à-ré, do aparelho de enterramento (5), que contém a haste (7) e com o seu eixo horizontal paralelo ao eixo do corpo (12). O inclinómetro (acelerómetro) (28) fornece uma saída de tensão proporcional ao produto da aceleração da gravidade g pelo coseno do ângulo Θ (fig. 1) de inclinação do seu eixo horizontal e do eixo do corpo (12) com a horizontal. Como g é uma constante, a saída do inclinómetro (28) é proporcional a cos Θ. As saídas do inclinómetro (28) e do penetrómetro de cone (17) são exploradas para amostragem pelo registador de dados (29) e nele armazenadas, quando da chegada de cada impulso assíncrono indicativo da posição, proveniente do interruptor (27). O cabo metálico (6) é construído para incluir fios (53) (fig. 2) condutores da electricidade, para permitir que o equipamento no navio (10) receba e armazene as saídas exploradas para amostragem, enquanto são armazenadas no registador de dados (29). Isso permite que essas saídas sejam monitoradas enquanto se está a estabelecer a trajectória (2), actuando o registador de dados (29) como salvaguarda contra a perda de dados devida a interrupção do trajecto do sinal entre o corpo (12) e o equipamento no navio (10). Monta-se um cabo de ligação eléctrica amovível (52) no aparelho de enterramento (5), que vai de um conector eléctrico (54) para os fios (53) no cabo metálico (6), através da haste (7), da unha (8) e da orelha (14), para se ligar com o registador de dados (29) no corpo (12).

Fazendo agora referência à fig. 7, no corpo (12) está montada uma porção traseira cilíndrica alternativa (31), em vez de uma porção traseira (21) da fig. 5, e o dispositivo da fig. 7 tem um funcionamento um pouco diferente do dispositivo da fig. 5, como se explica mais adiante. Numa parede dianteira (33) da porção traseira (31), é montado um veio (32), por meio de um casquilho de apoio (34), com uma vedação (35) do veio, ficando este saliente para o interior da cavidade (22). Numa extremidade do veio (32), no interior da cavidade (22), está montado um disco (36), que leva um íman (37), para actuar num interruptor de efeito de Hall (27), como atrás se descreveu. Na outra extremidade do veio (32), numa cavidade cheia de massa lubrificante (39), no interior da porção traseira (31) está montada uma roda dentada cónica (38). Com a roda dentada cónica (38) engrena uma roda dentada cónica (40), fixada coaxialmente a uma roda de roldana (41). A extremidade traseira da cavidade (39) é fechada por um êmbolo (42), que pode deslizar axialmente no interior da porção traseira cilíndrica (31) e está vedado na mesma por vedações deslizantes (43). A cavidade (39) contém uma bobina (44) cilíndrica oca, de guita (45), que sai de um espaço interior oco (46) no interior da bobina (44) e passa duas vezes em tomo da roda de roldana (41), antes de sair da cavidade (39), através da tubeira (47) no êmbolo (42), para um ponto de fixação (48) numa tampa de extremidade amovível (49), montada por pressão na extremidade traseira da porção traseira (31). A tampa de extremidade (49) tem um flange (50) de interrupção do escoamento do solo, que se estende para o interior do diâmetro exterior da porção traseira cilíndrica (31), que serve para puxar a tampa (49) para fora da porção traseira (31), quando o solo com ela choca. O diâmetro da roda de roldana (41) é escolhido para proporcionar duas rotações do disco (36) por cada metro de guita (45) que passa pela roda de roldana (41). Assim, o disco (36) roda duas vezes por cada metro de movimento do corpo (12) ao longo da trajectória (2), como para o disco 15

(25) da porção traseira (21) da fig. 5. Pode fixar-se um traspondor acústico (51) na tampa de extremidade (49) e a guita (45) ser substituída por um condutor eléctrico flexível com múltiplos fios, ligado ao registador de dados (29), numa extremidade, e ao transpondor acústico (51) na outra extremidade.

Em utilização, fazendo-se agora referência à fig. 1, o aparelho de enterramento (5), com o aparelho (4) de medição da trajectória a ele ligado, está assente numa superfície (9) do fundo marinho, num leito de ancoragem de argila consolidada que ocorre normalmente com frequência, com um gradiente de resistência ao corte de 1,6 KPa/m, a uma profundidade (H) na água, por um navio (10), que aplica uma tracção horizontal ao cabo metálico (6), para fazer com que a unha (8) do aparelho (5) seja arrastada para a frente e penetre na superfície (9) do leito marinho e puxando ainda o cabo metálico (6) para fazer com que o aparelho se enterre no solo do leito marinho. As forças de pressão do solo na unha (8) e as forças de resistência na haste (7) e no cabo metálico (6) obrigam a unha (8) a seguir uma trajectória curva (2), descrita por um ponto (P) da unha (8), durante o enterramento do aparelho (5). A trajectória (2) tem uma inclinação de cerca de 50° com a horizontal, inicialmente, e diminui progressivamente essa inclinação até se atingir a horizontal, a uma profundidade de penetração (D) grande, abaixo da superfície (9) do leito marinho, de aproximadamente 9 a 18 vezes o comprimento (L) da unha (8), a seguir a um movimento horizontal de aproximadamente 50 L. O corpo (12) do aparelho (4) é mantido em alinhamento axial com a trajectória (2), pelas forças do solo que fazem com que ele rode em tomo do ponto (P), de modo que o valor medido da inclinação do corpo (12), pelo inclinómetro (28), é também um valor da medida da inclinação local da trajectória (2). 16

Fazendo agora referência às fig. 2 a 6, quando o corpo (12) se desloca através do solo (3), o rotor da turbina (18) é rodado pelo impacto pelo solo nas pás do rotor (19), que por sua vez roda o veio (20) e o disco (25). Quando o íman (26) no disco (25) roda, passando pelo interruptor de efeito de Hall (27), gera-se um impulso eléctnco que dispara o registador de dados (29), para fazer a amostragem e a memorização da saída eléctrica do penetrómetro (17) de cone e o inclinómetro (28). O passo das pás (19) é escolhido para proporcionar duas rotações do rotor da turbina (18) por cada metro de movimento do corpo (12) ao longo da trajectória (2). Assim, para um comprimento da trajectória (2) de cerca de 300 metros, fazem-se medições da resistência à penetração e da inclinação da trajectória, que são memorizadas em 600 pontos na trajectória (2), separados uns dos outros por uma distância de meio metro. Estas medições são também recebidas e armazenadas por um equipamento no navio (10), através dos condutores eléctricos (53) incluídos no cabo metálico (6). A componente horizontal δχ e a componente ôy vertical de um incremento ôs de distância entre quaisquer dois pontos (Pl) e (P2) na trajectória (2) indicados por impulsos, são depois determinados multiplicando 6s (escolhido, neste caso, com o valor de 0,5 metro) pelo coseno e pelo seno, respectivamente, do ângulo de inclinação médio (Θ) da inclinação do corpo (12) em relação à horizontal nesses pontos (fig. 1). Assim, δχ = Ôs cos Θ e ôy = ôs cos Θ = 0,5 sen Θ. Isso permite o estabelecimento das coordenadas de qualquer ponto P (x,y), num conjunto de pontos afastados de ôs na trajectória (2), por uma soma obtida por computador como P (Σδχ, lôy) e a sua visualização gráfica. Calculam-se valores da resistência de corte do solo para cada ponto definido por impulsos, a partir da saída de amostras do penetrómetro de cone (17) e visualizadas ao longo da curva representada graficamente, da trajectória (2).

Fazendo agora referência à fig. 7, a porção traseira (31) tem, em utilização, uma tampa de extremidade (49) empurrada para fora pelo impulso do solo no flange (50) quando o corpo (12) é arrastado através da superfície (9) do leito marinho e ao longo da trajectória (2). A tampa de extremidade (49) é demasiado grande para ser arrastada para o interior do solo (3) do leito marinho, pela guita (45) fixada e, por conseguinte, mantém-se na superfície (9) do solo (3) do leito marinho (fig. 1), fazendo assim com que a guita (45) fixada seja puxada para fora da tubeira (47), no êmbolo (42), para se manter na trajectória (2). A guita (45) que sai prende, e roda, a roda de roldana (41) que, através das rodas dentadas cónicas (38, 40) e o veio (32), roda o disco (36) e roda o íman (37) que passa pelo interruptor de efeito de Hall (27), para produzir impulsos de disparo, como atrás descreveu. Entretanto, o êmbolo (42) desloca-se para o interior da cavidade (39), sob a acção da pressão exterior do solo, para aumentar a pressão da massa de lubrificação no seu interior, quando a guita (45) é retirada. Mantém-se deste modo um diferencial de pressão igual a zero através do êmbolo (42), que impede a entrada de solo (3) para o interior da cavidade (39), através da tubeira (47). Se se substituir a guita (45) por um condutor eléctrico multifios flexível fino, os dados armazenados no registador de dados (29) podem ser transmitidos para o transpondor acústico (51), fixado na tampa de extremidade (49) na superfície (9) do leito marinho, para a transmissão, para diante, para um receptor acústico no navio (10) (fig. 1) como alternativa a ter um condutor eléctrico no cabo metálico (6) (fig. 1).

Portanto, os objectivos da presente invenção são realizados enterrando aparelho (5), dando um valor de (D) no intervalo de 9L a 18L, em argila consolidada com um gradiente de resistência ao corte de 1,6 KPa/m, para uma força de arrasto horizontal relativamente baixa, pela caracterização da trajectória (2), e pela determinação de um parâmetro dos solos ao longo desta trajectória. Obtém-se um outro objectivo por observação da forma de uma trajectória particular e a observação de que variações bruscas na inclinação indicam desvio das condições de solo uniformes, tais como descontinuidades de sedimentação e a presença de obstruções. Pode depois avaliar-se a ancorabilidade, a partir do número e a severidade de desvios de uma curva suave observados na trajectória caracterizada. O aparelho e o processo de utilização descritos podem assim aplicar-se para avaliar a apropriabilidade das localizações particulares num leito de ancoragem para o desdobramento de âncoras de cravação por arrasto, com uma elevada resistência horizontal ao movimento, sem a necessidade de abertura de furos, dispendiosa. São evidentemente possíveis modificações. Em particular, os meios de medição para determinar os deslocamentos horizontal e vertical de um ponto que se move na trajectória poderiam ser diferentes, como o poderiam ser os meios para determinar a inclinação da trajectória num ponto da mesma. Além disso, os meios para medir a resistência à penetração do solo poderiam ser diferentes dos descritos anteriormente. Por exemplo, um disco biselado, ou uma porção do mesmo, situado paralelo a um plano de simetria do aparelho de enterramento, poderia substituir o cone simétrico axialmente, do penetrómetro conhecido e normalizado na indústria. 0 referido disco permitiria medições de resistência à penetração segundo ângulos diferentes da inclinação do escoamento do solo, sem a necessidade da rotação do penetrómetro para o levar ao alinhamento axial com a direcção do escoamento do 19 solo. Adicionalmente, podem incluir-se meios conhecidos para a medição do atrito superficial e as pressões nos poros no aparelho, para proporcionar dados correspondentes para pontos na trajectória medida. Adicionalmente, como alternativa ao dispositivo de medição do movimento que compreende a roda de turbina (19) ou a guita (24) (com o equipamento associado), pode usar-se um acelerómetro, por meio do qual, por utilização de um processo de integração, poderia o deslocamento de um ponto do componente de enterramento (5) ao longo da trajectória (2) ser de novo medido e a posição do referido ponto móvel no solo avaliada, para proporcionar um traçado da referida trajectória no solo.

Lisboa, 16 de Março de 2001

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Claims

1

Reivindicações 1. Aparelho para a produção de dados de medição capazes de caractenzar uma trajectória de enterramento num solo do fundo marinho, compreendendo o referido aparelho meios de avaliação (4), que incluem um componente de corpo (12), para inclusão num aparelho de enterramento (5), adaptado para se enterrar num solo (3) do fundo marinho, estando os referidos meios de avaliação (4) adaptados para produzir dados para determinar posições, no solo, de um ponto (P) no referido aparelho de enterramento (5) ou componente de corpo (12), durante o enterramento, para permitir a determinação da trajectória (2) do referido ponto (P), incluindo os referidos meios de avaliação (4) meios de medição (19, 29) sensíveis ao movimento do aparelho de enterramento (5), para produzir os referidos dados.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de medição (19, 29) servirem para medir (i) a distância ao longo da trajectória (2) que separa dois pontos afastados (Pl, P2) na mesma, e (ii) a inclinação (Θ) da trajectória (2), num ponto (P) da trajectória (2).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de medição (19, 29) servirem para medir a distância, ao longo da trajectória (2), que separa dois pontos (Pl, P2) na mesma e um outro parâmetro que compreende um qualquer de: a) o deslocamento horizontal (6x) do referido ponto (P) relativamente a um dado; e b) o deslocamento vertical (ôy) do referido ponto (P) relativamente a um 2 Γ ? dado.

4. Aparelho de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por os meios para medir a distância entre pontos (Pl, P2) ao longo da referida trajectória (2) compreender pás de turbina (19), montadas num veio (20) saliente do referido componente de corpo (12) e meios (29) sensíveis à rotação do referido veio (20), para indicar sucessivos pontos (Pl, P2) com uma separação fixa conhecida na referida trajectória (2) quando o referido veio (20) é rodado pelo impacto do solo nas referidas pás (19), devido ao movimento do referido componente de corpo (12) através do solo (3) ao longo da referida trajectória (2).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os referidos meios (29) sensíveis compreenderem um íman (26), fixado no, e rodado orbitalmente pelo referido veio (20), para disparar um interruptor (27) sensor do campo magnético, no referido componente de corpo, para produzir uma saída de impulsos eléctricos que define os referidos pontos sucessivos (Pl, P2).

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos meios de medição para proporcionar dados a partir dos quais pode determinar-se o ângulo de inclinação (Θ) da trajectória num ponto da trajectória (2) compreenderem um dispositivo inclinómetro eléctrico (28), fixado rigidamente no referido componente de corpo (12), cuja saída é explorada para colheita de amostras, utilizando um impulso que define um ponto, proveniente de um circuito sensor de campo magnético no referido componente de corpo (12).

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo inclinómetro (28) compreender um acelerómetro, disposto para proporcionar uma tensão de saída proporcional ao produto da aceleração da gravidade terrestre pelo coseno do ângulo de inclinação do acelerómetro, relativamente à horizontal.

8. Aparelho de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado por se incluir um registador de dados, de accionamento eléctrico, para armazenar os dados de medida do ângulo de inclinação (Θ) de todos os pontos definidos pelos impulsos, com separação constante e conhecida ao longo da referida trajectória (2).

9. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os meios de medição (19, 29) incluírem um acelerómetro, que serve para medir a aceleração de modo que se produzem dados para permitir a determinação da posição do referido ponto (P) que se move na trajectória (2), utilizando um processo de integração.

10. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os referidos meios de medição (19, 29) terem algumas partes alojadas no referido componente de corpo (12).

11. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido componente de corpo (12) ser alongado e oco e incluir meios de rotação (15) para ligar rotativamente o componente de corpo (12) no referido ponto (P) no referido aparelho de enterramento (5), de modo que o componente de corpo (12) pode alinhar-se axialmente na referida trajectória (2).

12. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se proporcionar um componente de linha (45), fixado no referido componente de corpo (12), que é deixado de modo a estender-se hidrodinamicamente atrás do referido componente de corpo (12) por forma a coincidir com a referida trajectória, quando o aparelho de enterramento (5) se enterra 4 / £s V\ no solo (3) do leito de ancoragem.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o componente de linha (45) compreender um cabo eléctrico, que serve adicionalmente para transmitir dados, por meio de sinais eléctricos, a partir do componente de corpo (12), ao longo do trajecto da trajectória (2), para um emissor adjacente à superfície (9) do leito de ancoragem, de modo que podem transmitir-se os dados que caracterizam a trajectória para um receptor junto da superfície do mar.

14. Aparelho de acordo com as reivindicações 12 ou 13, caracterizado por o componente de linha (45) ser fixado, numa extremidade afastada da sua fixação no referido componente de corpo (12), a um elemento resistivo (50), exterior ao referido componente de corpo, que resiste à penetração na, e se mantém na superfície do leito de ancoragem, quando o referido componente de corpo (12) se move ao longo da referida trajectória (2), de modo que o componente de linha (45) é puxado para fora do componente de corpo (12), para coincidir com a referida trajectória (2).

15. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 12 a 14, caracterizado por os referidos meios de medição (19, 29) servirem para a medição da distância entre pontos afastados (Pl, P2) ao longo da referida trajectória (2) e serem actuados pelo referido meio de linha (45) enquanto este sai do referido componente de corpo (12).

16. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 12 a 15, caracterizado por os meios de medição (19, 29) compreenderem uma roda de roldana (41), montada no referido componente de corpo (12) e que pode rodar, por passagem, sobre o mesmo, do referido componente de linha (45), quando ele é puxado para fora do referido componente de corpo, e um íman (37), rodado orbitalmente pela referida roda de roldana (41), para disparar um interruptor (27) sensor de um campo magnético, no referido componente de corpo (12), para proporcionar uma saída de impulsos eléctricos que define pontos sucessivos (Pl, P2), com uma separação fixa e conhecida, no referido componente de linha (45) que ocupam a referida trajectória (2) quando a referida roda de roldana (41) é rodada pelo componente de linha (45) que sai.

17. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 12 a 16, caracterizado por o referido componente de corpo (12) ter um compartimento interior (39), que contém meios de armazenamento (46) que armazenam o referido componente de linha (45).

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os referidos meios de armazenamento (46) para o referido componente de linha (45) compreenderem uma bobina enrolada helicoidalmente com o componente de linha (45), que pode ser retirado do interior da bobina.

19. Aparelho de acordo com as reivindicações 17 ou 18, caracterizado por o referido compartimento interior (39) que contém os referidos meios de armazenamento ser preenchido com uma substância semelhante a massa lubrificante.

20. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 17 a 19, caracterizado por o referido compartimento (39) ser fechado por um êmbolo deslizante vedado (42), no qual está aberto um orifício (47) que se ajusta estreitamente em tomo do componente de linha (45), que sai através do mesmo, de modo que o movimento do êmbolo (42), induzido pela pressão, quando o componente de linha sai, elimina diferenciais de pressão através do êmbolo (42), impedindo assim a entrada de solo do leito de ancoragem para o interior do referido compartimento (39).

21. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, que inclui meios para a medição de um parâmetro do solo, tal como, por exemplo, a resistência à penetração.

22. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por os referidos meios para a medição de um parâmetro do solo compreender um penetrómetro, legível electricamente (16, 17), disposto para medir a resistência à penetração do referido solo.

23. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se incluírem os meios de transmissão de dados no mesmo, para transmitir dados produzidos nos meios de avaliação (4), quando situados no referido aparelho de enterramento (5) no leito marinho (3) para um receptor, por exemplo num navio remoto (10).

24. Aparelho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por os referidos meios de transmissão de dados incluírem meios de transmissão acústica (51).

25. Aparelho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por os referidos meios de transmissão de dados incluírem uma linha eléctrica (52, 53) para o receptor.

26. Aparelho para o estabelecimento e a caracterização de uma trajectória de enterramento num solo do leito marinho, compreendendo o referido aparelho um aparelho para a medição de características de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em combinação com um aparelho de enterramento (5), que inclui meios para fixar o aparelho de enterramento num cabo de tracção (6), para cravação por arrasto no referido solo (3).

27. Aparelho de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por o referido aparelho de enterramento (5) incluir um componente de haste alongado (7), que tem uma extremidade adaptada para a fixação no referido cabo de tracção (6) e uma outra extremidade fixada num componente de unha (8) para a cravação por arrasto no referido solo (3), ao longo de uma trajectória (2) que se situa substancialmente num plano (X-X) da âncora, central, vertical e orientado da frente para trás, não excedendo a área projectada mínima do referido componente de haste (7) e do referido componente de unha (8), numa direcção particular no referido plano vertical, 20% da área projectada máxima, projectada perpendicularmente à referida direcção.

28. Aparelho de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por a referida área mínima projectada do referido componente de haste (7) não exceder 10% da correspondente área máxima projectada perpendicularmente à referida direcção no referido plano.

29. Processo para a produção de dados para a avaliação da ancorabilidade de um solo do leito marinho, num solo marinho de ancoragem, que compreende os passos seguintes: a) colocação no leito de ancoragem de um aparelho para o estabelecimento e a caracterização de uma trajectória de enterramento (2) no referido solo e tracção do seu cabo (6) fixado, até que se tenha registado a porção desejada de uma trajectória de enterramento (2); e 8 b) interpretação da forma da trajectória (2) caracterizada, para nela identificar pontos onde ocorrem flutuações rápidas de inclinação, que indicam variações rápidas de parâmetros do solo, o atravessamento de interfaces entre camadas e a aplicação a obstruções, qualquer deles influenciando um índice de ancorabilidade atribuível ao leito de ancoragem.

30. Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado por o aparelho usado no passo (a) compreender um aparelho de acordo com a reivindicação 26. Lisboa, 16 de Março de 2001 ío Propriedade- Ladusírial

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