PRINCIPIA

Coloquios de la AEIS

Proyecto Sísmico de Tanques de GNL

Francisco MartínezPrincipia

Madrid, 14 de febrero de 2001

PRINCIPIA

Contenido

Preámbulo

Motivación

Tipologías tanques de GNL

Descripción tanque

Proyecto sísmico

Estudio de peligrosidad

Caracterización dinámica del terreno

Problemática sísmica tanques GNL

Caracterización dinámica de la estructura

Cálculo dinámico

Verificación pandeo

PRINCIPIA

Motivación

Rotura durante sismo interrumpen funcionamiento de los sistemas de los que forman parte:

Agua

– Abastecimiento– Sistemas contra-incendios

Productos inflamables o tóxicos: peligrosidad añadida como consecuencia de la emisión de los productos

Vulnerabilidad:

Niigata (1964), Alaska (1964), San Fernando (1971), Sendai (1978), Izmit (2000)

PRINCIPIA

Modos de Fallo

Inestabilidad global de la cimentación: Licuefacción

Pandeo de la lámina

Rotura de la cubierta: sobrelevación del líquido

Rotura de la conexión de tuberías y componentes: Movimiento relativo

Asientos diferenciales de la cimentación

PRINCIPIA

Edad de los Gases

Combustión limpia

Rendimiento energético

Muy ventajoso fabricación

– Hidrógeno– Metanol– Base de fertilizantes

Desarrollo turbinas de gas y vapor

Liberalización mercado eléctrico: Plantas Ciclo Combinado

PRINCIPIA

Edad de los Gases (cont.)

1999: GNL 24% de la energía primaria consumida a nivel mundial

2020: Estimación más 30%

PRINCIPIA

Productos

Producto(Pto ebullición ºC)

Temperatura(ºC)

Material

Butano (0,5)Amoniaco (-33)

-40 Aceros Grano Fino

Propano (-42) -60 Aceros 0,3-0,7% Ni

Etano (-89)Etileno (-104)

-104 Aceros 5,5% Ni

Metano (-162)Nitrógeno (-196)

-196 Aceros 9,0% Ni

Neón (-246)Helio (-273)

-273 Aleaciones AluminioAceros Inoxidables

PRINCIPIA

Necesidad Tanques de GNL

Transporte de GNL

Gaseoductos: Comercio continental

Cadenas de Licuefacción: Comercio intercontinental

– Planta de Licuefacción– Transporte criogénico en metaneros– Plantas criogénicas de recepción y almacenamiento– Instalaciones de regasificación y emisión a las redes

de gaseoductos

PRINCIPIA

Tipología de Tanques

Contención simple o simple integridad

Almacenaje esférico

PRINCIPIA

Tipología de Tanques (cont.)

Doble contención o doble integridad

Contención total

PRINCIPIA

Tipología de Tanques (cont.)

Membrana

PRINCIPIA

Descripción Tanque

Contención primaria:

Tanque Cilíndrico: Acero 9% Ni

Cubierta suspendida aislada

PRINCIPIA

Descripción Tanque (cont.)

Contención secundaria:

Tanque cilíndrido: Hormigón Pretensado

Cubierta semiesférica: Hormigón armado

Losa de cimentación: Hormigón armado

PRINCIPIA

Descripción Tanque (cont.)

Aislamiento

Techo suspendido

Cara interna contención secundaria

Espacio anular: relleno granel de Perlita

Base: Foamglass, Hormigón Perlítico

Calefacción de fondo

PRINCIPIA

Proyecto Sísmico de Tanques

Acción Sísmica

Caracterización dinámica del suelo

Caracterización dinámica de la estructura

Cálculo sísmico

Verificación modos de fallo

PRINCIPIA

Estudio Peligrosidad Sísmica

Estudio específico del lugar

Objetivos

Determinación nivel acción sísmica: Terremotos diseño

– Seismo Parada Segura (SSE)– Recurrencia: T=10.000 años

– Seismo Básico Operación (OBE)– Recurrencia: T=475 años

Determinación contenido frecuencias: Espectros diseño

Caracterización terremotos diseño: acelerogramas

– Magnitud– Duración

PRINCIPIA

Peligrosidad Sísmica: Metodología

PRINCIPIA

Peligrosidad Sísmica: Metodología

Historial sísmico de la región: Radio 320 km

Leyes de atenuación

Agrupación fuentes generación

Con Zonas (McGuire, 1976)

Sin Zonas (Woo, 1990)

Recurrencia: Frecuencia generación

Curva de peligrosidad

PRINCIPIA

Fuentes de Generación

Sin zonas

Con zonas

PRINCIPIA

Recurrencia - Atenuación

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 50 100 150 200 250 300

distancia (km)

I - I o

(MS

K)

Media

Baja

Muy baja

Zona 11

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Intensidad

log

(N)

puntos ajuste

PRINCIPIA

Curva de Peligrosidad

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

aceleración (g)

prob

abili

dad

de e

xced

enci

a (a

ños-1

)

sin zonascon zonas

PRINCIPIA

Espectro de Respuesta

Formas Espectrales: Normativa

Especial atención:

Amplificación bajas frecuencias: Rama desplazamiento constante

Amplificación para amortiguamientos bajos

Influencia condiciones locales del terreno

PRINCIPIA

Espectro de Respuesta (cont.)

0.001

0.01

0.1

1

10

0.1 1 10 100

Frecuencia (Hz)

Am

plifi

caci

ón P

seud

ovel

ocid

ad

EC-8NCSE-94 K= 1NCSE-94 K= 1.4

PRINCIPIA

Generación Acelerogramas

PRINCIPIA

Riesgos Emplazamiento

Tsunamis

Inestabilidad Taludes

Licuefacción

Necesidad Información geotécnica:

Caracterización dinámica terreno

Capacidad resistente

PRINCIPIA

Licuefacción

PRINCIPIA

Caracterización Dinámica Terreno

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120

Índice SPT N1(60) - Perfil C

Prof

undi

dad

(m)

Nivel 2

Nivel 3A

Nivel 3B

Nivel 3C

Nivel 3D

Nivel 4SUP

Nivel 4INF

Medio

Inferior

Superior

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Velocidad Ondas S (m/s)

Prof

undi

dad

(m)

Crosshole Medio (Perfil C)Inferior (Perfil C) Superior (Perfil C)Cálculo (FB-111) Downhole ( FB-111)

PRINCIPIA

Problemática Sísmica Tanques

Presencia líquido durante la excitación sísmica genera sobre las paredes una presión altera estado hidrostático

Presiones hidrodinámicas son función

Características del movimiento

Líquido

Geometría tanque

Sobreelevación lámina libre

PRINCIPIA

Problemática Sísmica Tanques (cont.)

PRINCIPIA

Presiones Hidrodinámicas

Componente Impulsiva

Porción líquido que se desplaza al únisono como una masa rígida unida a las paredes

Máxima en la base

Oscilaciones alta frecuencia (2 Hz)

Predominante tanques esbeltos

Componente Convectiva

Movimiento relativo partículas del fluido

Máximo en la superficie

Oscilaciones baja frecuencia (0,1 Hz)

Importante tanques poco esbeltos

PRINCIPIA

Acción Sísmica Horizontal

Hipótesis

Fluido perfecto

No separación o cavitación entre líquido y tanque

Tanque rígido

PRINCIPIA

Ecuación del Movimiento

Ecuación de Laplace

Condiciones de contorno

Base

Pared

Superficie libre

0

nvn

tp l

00

z

z

cos)(txtw

rRr

02

2

z

gt

Hz

PRINCIPIA

Presiones Hidrodinámicas

Impulsiva

– Pared

cos)()(),,( 0 RtxzCtzp li

– Fondo

PRINCIPIA

Presiones Hidrodinámicas (cont.)

Convectiva

1cos)()(),,(

jljjc RtAzCtzp

PRINCIPIA

Caracterización Dinámica

HD

HDtanh

mm

l 866,0

866,00

33,1HD

375,00 Hh

HDtanh

HD

mm

l /67,3230,01

HDHD

HDHh

/67,3senh

/67,3

0,1/67,3cosh

0,11

RHtanh

Rgf jjj

21

E

HCf l

20

PRINCIPIA

Esfuerzos Resultantes

10 )()()(

jjj tAmtxmtQ

100 )()()(

jjjj tAhmtxhmtM

1

00 )()()(j

jjj tAhmtxhmtM

)()( tymtN l

PRINCIPIA

Metodología de Cálculo

Datos

Acción Sísmica

Caracterización dinámica estructural

Esfuerzos y desplazamientos máximos: Metodología espectro de respuesta

Altura de oleaje

Combinación

Modal

Direcciones terremoto

PRINCIPIA

Cálculo Sísmico

Procedimientos manuales semianalíticos

Modelos simplificados

Masas

Vigas

Muelles

Modelos de Elementos Finitos

PRINCIPIA

Cálculo Sísmico (cont.)

Modelos simplificados

PRINCIPIA

Cálculo Sísmico (cont.)

Modelo elementos finitos

PRINCIPIA

Verificación Pandeo

Pata de elefante

PRINCIPIA

Verificación Pandeo (cont.)

– Factor de imperfección

– Estabilización presión interior

REt

cr )6,0(

PRINCIPIA

Temas por Tratar

Influencia flexibilidad del tanque

Influencia rigidez del terreno: Interacción suelo-estructura

Tanques sin anclaje

PRINCIPIA

Tanques sin Anclaje

Cortesía Paul Summers, Geosyntec Consultants, UK

PRINCIPIA

Resumen Final

Revisión de los tanques y su tipología

Definición acción sísmica

Aspectos específicos respuesta estructural

Revisión modos fallo