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Comportamiento sísmico de conductos enterrados

El país desde hace unos años atrás viene siendo testigo de la ejecución de proyectos de gran envergadura, los cuales buscan explotar los recursos naturales como petróleo, gas y minerales; mediante la construcción de sistemas de conductos a nivel de líneas principales y redes de distribución, sin embargo no se cuenta con una normativa nacional para el diseño y ejecución de esos proyectos, y en particular a lo referido a conductos enterrados, que por la ubicación del país estarán sometidas frecuentemente a movimientos sísmicos.

FALLAS EN TUBERÍAS

Los movimientos sísmicos producen dos efectos importantes sobre los conductos enterrados: las deformaciones permanentes del suelo (DPS) como deslizamientos, licuefacciones, caída de rocas, asentamientos;  y las deformaciones transitorias del suelo (DTS) como consecuencia de la propagación de las ondas sísmicas.

Los modos de falla en las tuberías han ocurrido en dos grupos bien marcados:

  • El primero conformado por los sistemas de tuberías continuas denominadas así porque poseen juntas rígidas, en las que se presentan principalmente fallas por tensión axial, pandeo local y pandeo tipo columna.
  • El segundo conformado por sistemas de tuberías segmentadas denominadas así al poseer juntas flexibles entre sus piezas, en ellas se presentan fallas como separación de juntas, aplastamiento espiga campana y falla flexional circunferencial.

COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LAS TUBERÍAS

Si bien el problema de la interacción suelo – tubería es complejo, el modelamiento a través de resortes suelo en la dirección axial, lateral y vertical resulta apropiado, toda vez que toma en cuenta los diferentes parámetros que influyen en la interacción mencionada como son propiedades del suelo, características de la tubería y profundidad de entierro.

El análisis referente a los conductos enterrados involucra varios parámetros entre ellos se puede mencionar los siguientes:

  • Características del suelo: licuefactables y no licuefactables.
  • Sistema de tuberías componentes de la red: continuas y segmentadas.
  • Material de la tubería: acero, hierro dúctil, PVC, asbesto cemento, otros.
  • Tipo de juntas de dilatación: rígidas y flexibles
  • Tipo de deformaciones impuestas: permanentes y transitorias.
  • Características del sismo de análisis.
  • Tipo de análisis: lineales o no lineales.

VULNERABILIDAD SÍSMICA

La metodología de evaluación de los sistemas de líneas vitales implica un estudio de la peligrosidad sísmica de las zonas por las cuales atraviesa el sistema de tuberías, así como el comportamiento sísmico de las tuberías.

Los pasos generales a seguir para efectuar una evaluación de la vulnerabilidad sísmica de una línea vital se plantean del modo siguiente:

  1. Definir objetivos del comportamiento del sistema.
  2. Evaluar las amenazas. Mapeo sísmico para determinar las amenazas por DPS y DTS.
  3. Realizar un inventario del sistema. Componentes y características del sistema
  4. Evaluar la vulnerabilidad de los componentes y del sistema
  5. Desarrollar alternativas de mitigación.
  6. Clasificar las alternativas de mitigación en orden de prioridad.

CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN ZONAS SÍSMICAS

1)    TRAZO DE LAS LÍNEAS. El trazo de la tubería debe evitar zonas susceptibles a grandes movimientos.

2)    AISLAMIENTO EN LAS ZONAS CON POTENCIAL DE DAÑO

Cuando el trazo o replanteo de las líneas no es posible, y el sistema de tuberías necesariamente tiene que cruzar las zonas con potencial de daño, específicamente las referidas a DPS, es necesario considerar una de las siguientes posibilidades:

  • Aislar el sistema de tuberías en la zona de daño, a través de la reubicación vertical por encima del nivel de superficie, sin embargo debe estudiarse tal posibilidad también desde el punto de vista de los efectos ocasionados por la fricción entre los apoyos y las tuberías.
  • En otros casos, este aislamiento puede efectuarse mediante perforaciones especiales, para que el sistema sea ejecutado por debajo de la zona de daño.
  • Por otro lado es posible pensar en cambios de dirección del alineamiento del sistema de tuberías respecto de la zona de daño potencial, por ejemplo para tuberías continuas, el potencial de daño es menor si la línea está orientada perpendicularmente a la dirección del movimiento del suelo.

3)    REDUCCIÓN DEL MOVIMIENTO DEL SUELO

Tratamiento de los suelos con potencial de daño.

4)    TUBERÍAS DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA

Se espera un mejor comportamiento del sistema cuando se usa piezas con materiales de un alto esfuerzo de fluencia, adicional a ello un buen espesor de las paredes de la tubería sería recomendable.

5)    REDUCCIÓN DE LAS CARGAS

La deformación axial puede reducirse, según lo siguiente:

  • Disminuir hasta donde sea factible la profundidad de entierro de la tubería.
  • Usar materiales de relleno con bajo peso específico, por ejemplo poliester expandido (EPS).
  • Emplear forros o revestimientos en las tuberías orientadas a reducir el coeficiente de fricción en la interface suelo – tubo.

6)    TUBERÍAS Y UNIONES FLEXIBLES

El uso de tuberías de material flexible y uniones flexibles permiten un mejor comportamiento del sistema ante los efectos de DPS y DTS, por cuanto se espera una mayor capacidad de deformación.

7)    ACCESORIOS

El trazo o replanteo de la línea existente debe estar orientado a minimizar la cantidad de accesorios como curvas, codos, tees, válvulas, entre otros.

8)    CAMBIOS DE ESTRUCTURAS

Esta recomendación está orientada fundamentalmente a los efectos de la DTS:

  • La transición del trazo en zonas de suelo rígido a suelos poco rígidos.
  • Penetración de los tubos en las cajas de válvulas.
  • Tuberías ubicadas dentro o cerca de las estaciones de bombeo.
  • Detalles de los diversos accesorios, en especial en aquellos que conectan las tuberías enterradas con estructuras sobre la superficie.

Por: Mirko Enrique Santillán Herrera

       Gerente General COSANHER CCG SAC

 

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