As últimas descobertas de petróleo e gás natural na camada pré-sal da costa brasileira representam um enorme potencial e colocam o Brasil em uma posição estratégica diante da crescente demanda energética mundial. A produção e exploração de tais reservas impõem muitos desafios tecnológicos relacionados a novos requisitos devido a condições ambientais mais hostis. Um dos principais desafios é manter a viabilidade econômica e operações seguras das estruturas de produção e transporte de combustível. Dutos e risers desempenham um papel fundamental na exploração de campos de águas profundas. Os procedimentos de Avaliação Crítica de Engenharia (ECA) adotam conceitos de mecânica de fratura para avaliar a criticidade de defeitos em estruturas soldadas e são comumente aplicados para derivar tamanhos de defeitos toleráveis durante a instalação e operação de risers e dutos, combinando as condições operacionais mais críticas e propriedades do material. O parâmetro CTOD tem sido preferencialmente escolhido pelas empresas de petróleo e gás devido a familiaridade com este parâmetro, por ele ser de fácil compreensão e visualização, pois envolve basicamente a deformação do flanco fisicamente. Diferentes definições e metodologias de medição do CTOD estão disponíveis na literatura, como o modelo da rótula plástica, a conversão da Integral-J e o método dos dois extensômetros. Experimentalmente, a técnica mais utilizada no setor industrial offshore para calcular o CTOD é o método dos dois extensômetros. Técnicas experimentais não convencionais têm sido estudadas ao longo dos últimos anos para auxiliar no entendimento do CTOD com crescimento de trinca, como as técnicas de correlação por imagem digital e o método da réplica por silicone. Destaca-se o método da réplica de silicone como promissor na caracterização física do CTOD para o caso de trincas com propagação dúctil. Ao se utilizar diferentes metodologias de medição de CTOD, com um mesmo conjunto de dados, discrepâncias entre as medidas experimentais e/ou numéricas têm sido relatadas na literatura para diversos materiais e comprimento de trinca. Portanto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo do parâmetro CTOD em três distintas etapas: primeiro, uma nova formulação do CTOD foi desenvolvida para correlacionar os métodos de conversão da Integral-J (CTOD-J) e dos dois extensômetros, levando em consideração o posicionamento do dispositivo utilizado (faquinha) para posicionar os extensômetros. Segundo, uma nova definição numérica de CTOD foi proposta para o caso de trinca em crescimento, baseada no conceito do intercepto de 90, correlacionando com a definição de CTOD-J. Por fim, ensaios experimentais de tenacidade à fratura foram realizados em aço de baixo grau de encruamento e indicaram excelente potencial dos métodos não convencionais em caracterizar o CTOD.

The latest oil and natural gas discoveries in the pre-salt layer of the Brazilian coast represent a huge potential and place Brazil in a strategic position in face of the increasing energy demand in the world. The production and exploitation of such reserves impose many technological challenges related to new design requirements due to more hostile environmental conditions. One of the key challenges is to maintain economic feasibility and reliable and fail-safe operations of the infrastructure for fuel production and transportation. Pipelines and risers play a key role in the exploration of deep-water fields. Engineering Critical Assessment (ECA) procedures adopt fracture mechanics concepts for assessing the criticality of defects in welded structures, and are commonly applied to derive tolerable defect sizes during the installation and operation of risers and pipelines by combining the most critical operating conditions and material properties. CTOD has been preferentially chosen by oil and gas companies due to the vast data and the familiarity with this parameter, since it is easy to understand and to visualize because it basically involves physical crack flank deformation. Different methods to measure CTOD are available in literature, such as plastic hinge model, J-integral conversion and double clip gage method (DCGM). Experimentally, DCGM has been widely used to calculate the fracture toughness in offshore pipelines. Experimental non-conventional techniques have been studied in the past years to seek the understanding of CTOD for crack growing cases, such as DIC and silicone rubber casting. The latter one is very promising due to the physical characterization capability of CTOD. Using different CTODs measurement methodologies for the same fracture toughness results, discrepancies between experimental and numerical measures have been reported in literature for a wide class of material and crack sizes. Therefore, the aim of this work is the exploratory study of the CTOD, following three steps. First, a CTOD-equation is proposed based on numerical parameter to correlate the CTOD obtained by J-integral equation and the double clip gauge method, considering primarly the knives position. Second, a new CTOD definition is proposed for crack growing cases, which is based on the 90-degree intercept definition to have a better association with CTOD-J. Lastly, fracture toughness experimental test were performed in low strain hardening material that showed a good potential for non-convetional measurement methods to evaluate CTOD.