Cabos e tubos submersos lançados em catenária são elementos de fundamental importância nas atividades de exploração de petróleo no mar, particularmente em águas de grandes profundidades. O comportamento mecânico-estrutural deste tipo de componente em resposta ao carregamento próprio, de natureza ambiental e decorrente dos movimentos a ele impostos pela unidade flutuante onde é suspenso, apresenta caráter inerentemente não-linear em vários aspectos, desde aqueles geométricos, caracterizados por vínculos uni-laterais no contato com o solo, até os de natureza hidrodinâmica. O presente trabalho trata dos problemas de determinação da configuração estática de equilíbrio e da resposta dinâmica de linhas submersas em configuração de "catenária direta", com ênfase ao estudo da distribuição de curvatura nas extremidades do vão suspenso, junto ao ponto de contato e junto à unidade flutuante, e que se constituem em regiões críticas no que diz respeito ao projeto. A abordagem é analítica e experimental. O problema estático geral, tridimensional, é formulado e discutido, sob a teoria de barras curvas em regime elástico de grandes deslocamentos e pequenas deformações. O problema plano é então adentrado e analisado em profundidade. Com base na solução de catenária, a solução sob correnteza é analisada. Mostra-se que o efeito da rigidez flexional da linha fica restrito às duas extremidades, caracterizando um problema de perturbação singular em matemática aplicada. O problema de curvatura junto ao ponto de contato com o fundoé analisado sob a técnica da camada-limite, construindo-se uma solução analítica local, dada na forma de uma expressão algébrica. O efeito de flexibilidade do solo é incorporado e discutido. A solução analítica é confrontada com resultados de experimentos específicos e validada. O problema de distribuição de curvatura junto à extremidade superior, na presença de uma terminação flexível, é formulado e ) resolvido através da técnica de camada-limite. Diversos diagramas adimensionais são construídos, apresentados e discutidos à luz das atividades de engenharia de análise e projeto. O problema dinâmico plano é então adentrado. A formulação geral é deduzida e discutida. O emprego da técnica de camada-limite mais uma vez leva à resolução analítica dos problemas de resposta dinâmica e distribuição de curvatura nas regiões das extremidades. Junto ao ponto de contato, o problema dinâmico é analisado em regime sub-crítico, ou seja, quando da inexistência de choque da linha contra o fundo, cuja condição de ocorrência é estabelecida e analisada. A solução analítica do problema dinâmico que rege a curvatura no interior da camada-limite junto ao ponto de contato com o fundo é confrontada com resultados de experimentos conduzidos especificamente, e plenamente validada. Finalmente, a solução analítica junto à extremidade superior, na presença de terminações flexíveis, é construída de forma análoga e discutida. Inúmeros gráficos e diagramas que ilustram a aplicação das soluções analíticas são apresentados e discutidos.

Submerged cables and pipes, it "catenary" configuration, are essential systems in offshore oil industry, particularly in deep water exploration. The structural-mechanics behavior of this of system, in response to gravitational, hydrostatic, environmental loads and to motions imposed by the floating unit from which it is suspended, is inherentely non-linear. Geometric non-linearities, as those represented by the one-side constraint at the touch-down point, as well as hydrodynamic ones, are just few examples of such non-linear characteristics. This work treats the static configuration as well as the dynamic response problems. Emphasis is given to the study of curvature distribution in the extremities neighborhoods, either close to the touch-down point or to the suspension point, as those regions are critical, concerning design. The approach is analytical and experimental. The static problem is formulated and discussed under the classical theory of thin rods. The two-dimensional problem is analysed in depth. The effect of flexural rigidity is shown to be confined to small regions, close to the extremities, since no other intermediate restraint is supposed to exist, and classified as a standard singular perturbation problem in applied mathematics. The curvature in the touch-down point region is treated under the boundary-layer technique approach. An analytical solution is then constructed. The soil flexibility effect is properly incorporated and discussed. The analytical solution is compared to results of specifically conducted experiments, and validated. The boundary-layer technique is then applied to the curvature distribution in the upper an region, in the presence of a flexible end-fitting, and an analytical local solution is derived as well. A number of non-dimensional diagrams are presented and discussed under a designer perspective.The two-dimensional dynamic problem is addressed, the general formulation being constructed and discussed as a perturbation problem around the equilibrium configuration. The boundary-layer technique, once more, allows the construction of local curvature solutions, corresponding to the extremity regions. Close to the touch-down point the analysis is performed under a subcritical-regime hiphotesis, defined as non-existence of shock of the line against the soil. The shock conditions is fully discussed. The boundary-layer solution is then compared to experimental results and fully validated . Finally the upper-end curvature boundary-layer solution, in the presence of flexible end-fittings, is constructed and discussed. Examples are shown through graphics and diagrams, illustrating engineering applications.