Nota Técnica - Evaluación Estructural 170415 Reva1
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CASTILLOMAX OIL AND GAS, S.A | Av Casanova, CC torre sur del conjunto inmobiliario el Recreo, nivel 8, oficina 8-5. Caracas, Dtto Capital, Venezuela. Teléfono: +58 (212) 762 7214 / Fax: +58 (212) 761 4574 Email: [email protected] www.castillomax.com NOTA TÉCNICA Criterios de Diseño: Boyas de Amarre. “SUMINISTRO DE BOYAS Y ACCESORIOS PROYECTO DE PROCURA Y CONSTRUCCION DE FACILIDADES MARINAS DE MIRAMAR, NICARAGUA” TABLA DE CONTENIDO 1. OBJETIVO........................................................................................................ 2 2. ALCANCE ........................................................................................................ 2 3. CASTILLOMAX OIL AND GAS S.A ................................................................ 2 3.1. FUERZA DE AMARRE .............................................................................. 2 3.2. CONDICIONES DE BORDE ...................................................................... 2 3.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL ................................................. 3 4. NOUEL CONSULT ........................................................................................... 4 4.1. FUERZA DE AMARRE .............................................................................. 4 4.2. CONDICIONES DE BORDE ...................................................................... 4 4.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL ................................................. 4 5. CONCLUSIONES ............................................................................................. 5 TABLA DE FIGURAS Figura 1. Esquema de presión hidrostatica, distribución de tensiones y mallado general de la boya (Castillomax Oil and Gas S.A.) ................................................. 3
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CASTILLOMAX OIL AND GAS, S.A | Av Casanova, CC torre sur del conjunto inmobiliario el Recreo, nivel 8, oficina 8-5. Caracas, Dtto Capital, Venezuela.
Teléfono: +58 (212) 762 7214 / Fax: +58 (212) 761 4574 Email: [email protected]
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NOTA TÉCNICA
Criterios de Diseño: Boyas de Amarre.
“SUMINISTRO DE BOYAS Y ACCESORIOS PROYECTO DE PROCURA Y CONSTRUCCION DE FACILIDADES MARINAS DE
MIRAMAR, NICARAGUA”
TABLA DE CONTENIDO
1. OBJETIVO........................................... ............................................................. 2
2. ALCANCE ........................................... ............................................................. 2
3. CASTILLOMAX OIL AND GAS S.A ....................... ......................................... 2
3.1. FUERZA DE AMARRE .............................................................................. 2
3.2. CONDICIONES DE BORDE ...................................................................... 2
3.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL ................................................. 3
4. NOUEL CONSULT ..................................... ...................................................... 4
4.1. FUERZA DE AMARRE .............................................................................. 4
4.2. CONDICIONES DE BORDE ...................................................................... 4
4.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL ................................................. 4
5. CONCLUSIONES ............................................................................................. 5
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Esquema de presión hidrostatica, distribución de tensiones y mallado general de la boya (Castillomax Oil and Gas S.A.) ................................................. 3
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1. OBJETIVO
El documento elaborado tiene como objetivo presentar los criterios de diseño usados tanto por Castillomax Oil and Gas S.A. como por Nouel Consult para el análisis estructural de las boyas de amarre a ser ubicadas en el Terminal Maritimo localizado en Miramar, Nicaragua y el cual forma parte de la “Planta de Distribución de Combustible Miramar”.
2. ALCANCE
Especificar sofware utilizado para el analisis estructural de las boyas de amarre.
Exponer los criterios de evaluación aplicados en el análisis estructural de las boyas de amarre, dichos criterios se dividen en:
• Fuerzas de amarre calculadas.
• Condiciones de borde aplicadas en el análisis por elementos finitos.
• Criterios de falla estructural.
3. CASTILLOMAX OIL AND GAS S.A
• Simulación de casos de cargas estáticos y distribución de fuerzas de amarre con el programa ANSYS Mechanical v15.0.
• Simulación de flotación con el programa ANSYS AQWA v15.0.
3.1. FUERZA DE AMARRE
Las tensión máxima que se genera debido a la combinación de la acción de las fuerzas ambientales y la pretensión en los cabos, resultó ser de aproximadamente 102 [ton] en la boya de amarre de popa estribor .
El caso de carga en donde se encuentra la tensión máxima es:
Oleaje en carga máxima – corriente lateral – viento lateral
3.2. CONDICIONES DE BORDE
• Se consideró la carga transmitida por peso propio obtenida directamente del modelo por elementos finitos activando la aceleración de gravedad estándar de 9,81 [m/s^2].
• Se incluye el efecto de la presión hidrostática actuando sobre las láminas externas de la boya, el nivel de agua se toma de los resultados del análisis de flotación así como la inclinación de la boya respecto a la superficie libre del agua.
• Se asume que el pasacabo actua como una polea ideal sin roce para trasmitir las cargas del cabo hacia la oreja superior. Se calcula la fuerza resultante “R” sobre el pasacabo y se transmite directamente en la superficie cilíndrica central del mismo.
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• Soporte articulado en la superficie cilíndrica de la oreja inferior de las boyas.
• La malla resultante obtenida contiene 55.108 elementos y 68.320 nodos para la boya.
Figura 1. Esquema de presión hidrostatica, distribución de tensiones y mallado general de la boya (Castillomax Oil and Gas S.A.)
3.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL
El criterio de falla utilizado consistió en la comparación de resultados de esfuerzos de Von Mises con los valores de esfuerzos admisibles establecidos en las normas ABS Single Point Mooring 2014 y ABS Materials and Welding 2014.
• El esfuerzo de fluencia y el esfuerzo último de un acero A36 se lee de la Tabla 2 de la norma ABS Materials and Welding 2014 2-1-2 como:
� ��=235 [�]
� � =400 [�]
• Para el criterio de falla de las placas se toma un factor de seguridad (FS) de 1.43. Según ABS Single Point Mooring 2014 3-2-2.
� 235 [�] / 1.43 = 164 [MPa]
• Para el criterio de falla de elementos estructurales sometidos a esfuerzos axiales/compresión se toma un factor de seguridad (FS) de 1.67. Según ABS Single Point Mooring 2014 3-2-2
� 235 [�] / 1.67 = 140 [MPa]
• Para el criterio de falla de elementos estructurales sometidos a esfuerzos cortantes se toma un factor de seguridad (FS) de 2.5. Según ABS Single Point Mooring 2014 3-2-2
� 235 [�] / 2.5 = 94 [MPa]
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4. NOUEL CONSULT
• Simulación de casos de cargas estáticos y distribución de fuerzas de amarre con el programa SAP2000.
4.1. FUERZA DE AMARRE
Se infiere que la tensión máxima de amarre generada debido a la acción de las fuerzas ambientales y la pretensión en los cabos resultó ser de aproximadamente 90 [ton]. (Informe de “Calculo de boya, cadenas y anclas” elaborado por Nouel Consult en el año 2010).
4.2. CONDICIONES DE BORDE
Se suponen las siguientes condiciones de bordes usadas por Nouel Consult:
• Se considerarán las acciones permanentes debidas al peso propio de la estructura de acero y de todos los materiales que estén permanentemente unidos o soportados por ella.
• Se incluye el efecto de la presión hidrostática actuando sobre las láminas externas de la boya
o La boya sumergida a dos (2) metros por debajo de la superficie, con su eje en dirección vertical. (Caso 1).
o La boya sumergida a cero (0) metros de profundidad por debajo de la superficie, con su eje en dirección horizontal. (Caso 2).
o Tensión en el tubo central de hasta 90 t. (se asume en dirección del eje).
• las únicas restricciones de apoyo consideradas fueron para tres nodos en la parte superior del tubo central y tres en su parte inferior, esto con la finalidad de proporcionarle cierta estabilidad global a la estructura para el análisis en SAP 2000.
• La malla resultante obtenida contiene 2028 nodos para la boya. Según el Informe de “Calculo de boya, cadenas y anclas” elaborado por Nouel Consult en el año 2010
4.3. CRITERIOS DE FALLA ESTRUCTURAL
El criterio de falla utilizado consistió en la comparación de resultados de esfuerzos de Von Mises.
• El esfuerzo de fluencia del acero A36
� ��=250 [�]
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• Para el criterio de falla de las placas, vigas y elementos estructurales se toma un factor de seguridad (FS) de 1.68. (según informe Nouel 2010).
� 250 [�] / 1.68 = 150 [MPa]
• Para el criterio de falla por pandeo se toma un factor de seguridad (FS) de 1.92. (según informe Nouel 2010).
� 250 [�] / 1.92 = 130 [MPa]
5. CONCLUSIONES
• Las premisas usadas por Nouel Consult para la elaboración del análisis estructural estan basadas en el informe “Calculo de boya, cadenas y anclas” elaborado por en el año 2010 y por la reunión sostenida el día 16/04/2015 en las oficinas de Geohidra.
• La comparación entre el análisis estructural de Castillomax Oil and Gas S.A y Nouel Consult es inviable debido a que tanto las tensiones de amarre, propiedades de los materiales, condiciones de borde y criterios de falla son diferentes.
• El estudio de Castillomax Oil and Gas S.A utiliza un software especializado (ANSYS) en la evaluación mecánica de estructuras e interacción fluido-estructura, y posee un interpretador de geometría el cual permite realizar un mallado de mejor calidad lo que garantiza una solución de mayor precisión.
• El estudio de Nouel Consult elaborado en SAP 2000 se ve restringido por la funcionalidad del software el cual se especializa en en análisis de estructuras civiles, de igual forma la refinación de la malla es menor.
• Los criterios de falla estructural especificados por Nouel Consult, aunque son válidos para estudios de este tipo, no son los definidos por ABS en sus normas.
• La geometría analizada en el estudio realizado por Castillomax, considera todos los elementos estructurales tanto internos como externos de una forma detallada.
• El estudio dinámico usando ANSYS AQWA permitió calcular la rotación de la boya en condiciones máximas de carga. Replicando el caso de estudio en condiciones reales.
