INTRODUCCION

Las plataformas son estructuras situadas en el mar y que por tanto se encuentra sometidas a la accin del oleaje, y adems a unas condiciones Meteorolgicas adversas. Estos fenmenos son importantes y se deben de tener muy en cuenta Estos factores para su diseo y el clculo de sus estructuras ya que el tiempo meteorolgico es una de las principales causas de fallos en las estructuras de este tipo. Estas plataformas de produccin de petrleo y gas asi como en otras areas son caracterizadas por un resto de soportes de acero conocidos como " chalecos ",

un trmino derivado del Golfo de Mxico . Un pequeo nmero de plataformas se fabrican con hormign. La camisa de acero, fabricada a partir de los tubos soldados, se fija en el fondo del mar con pilotes de acero. Por encima de l con unidades prefabricadas o mdulos que ofrecen alojamiento y la vivienda de los servicios estos son los grupos electrgenos de turbina de gas. Elevndose por encima de los mdulos junto con la torre de perforacin de la plataforma de perforacin (dos en algunas plataformas), la antorcha en algunos diseos (tambin en voladizo con frecuencia hacia el exterior) y servicio de gras. Las superficies horizontales son absorbidas por las reas de la tienda, la cubierta de tubera de perforacin y la plataforma para helicpteros vital.

Este tipo de estructuras pueden ser fijas al lecho marino o flotantes y la funcin principal para la que fueron concebidas es la exploracin y produccin de gas y petrleo, aunque han ido surgiendo otras funciones como aprovechamiento de la energa del mar, aeropuertos, soportes de aerogeneradores, base de edificios, etc. Para todas estas funciones se pueden aplicar los mismos principios de diseo y construccin

2.1 PLATAFORMA CIMENTADA SOBRE JACKETS

EN AGUAS POCO PROFUNDAS.

ANTECEDENTES. El nacimiento de la industria offshore surge en 1947 con Kerr-McGree en el Golfo de Mxico alcanzando una profundidad de 4.6 m para explotar un pozo petrolfero. La estructura se compona de una cubierta de madera de 11.6 m x 21.6 m sustentada sobre pilotes que alcanzaban una profundidad de 31.7 m. Desde este momento se fueron introduciendo innovaciones en los distintos tipos de estructuras offshore, tanto fijas como flotantes, situadas cada vez en emplazamientos ms profundos y con condiciones ambientales ms hostiles. Un avance importante se produjo con la plataforma COGNAC, estructura fija que se compona de tres estructuras separadas dispuestas una sobre otra, con la que se alcanz 312 m de profundidad. La mayor profundidad alcanzada con una estructura fija de este tipo se logra en 1991 con 412 m. A partir de aqu, la bsqueda de mayor profundidad se traduce en estructuras fijas cada vez ms caras y difciles de instalar. Ante este panorama surge una alternativa innovadora y barata, la torre arriostrada Lena, la cual permite la deformacin de sus elementos para soportar las cargas y est sostenida por un conjunto de tirantes para resistir las cargas de huracanes. Con este tipo se alcanza una profundidad de 500 m. Todas estas estructuras mencionadas han sido construidas en acero, no obstante en la dcada de los ochenta se construyen algunas con hormign en aguas muy hostiles en el mar del Norte.

Evolucin de la plataforma fija (profundidad en metros) Aspectos que se toman en cuenta para la planificacin de la plataforma: Tipo Jackets Viabilidad econmica del yacimiento

Los precios han llegado a ms de 80 dlares por barril. De hecho la produccin interior de crudo en Espaa ronda las 260.000 toneladas, unos 34.000 barriles Nivel de produccin De hecho la produccin interior de crudo en Espaa ronda las 260.000 toneladas, unos 34.000 barriles Condiciones del medio ambiente Tiene una profundidad mxima de 5.100 m y, normalmente, presenta un fuerte oleaje de gran poder erosivo en el litoral espaol. Donde son frecuentes fuertes vientos del noroeste (galernas) que dan lugar a tormentas muy peligrosas para los marinos. La plataforma continental presenta una acentuada disimetra: mientras que junto al litoral espaol es estrecha y desciende bruscamente, junto a las costas francesas es necesario penetrar muchos kilmetros mar adentro, para encontrar profundidades de ms de 1.000 m. La zona central est ocupada por una llanura abisal de 4.700 a 4.900 m de profundidad.

La salinidad media es de 35,5%o. Es un mar rico en pesca al que se abren algunos de los puertos ms importantes de Espaa, como el de Viveiro y Ribadeo en Lugo; Avils y Gijn en Asturias; Santander en Cantabria; Santurtzi, Bilbao y Bermeo en la provincia de Vizcaya; y los de Donostia-San Sebastin y Pasaia en Guipzcoa. Profundidad del piso marino. Los enfoques convencionales basados en plataformas tubulares tipo jacket han funcionado satisfactoriamente en profundidades de hasta 300 m en condiciones tpicas del GM, ms all de ese nivel, las cantidades de acero requeridas hacen econmicamente ms atractivos otros enfoques, como los basados en torres articuladas. Para profundidades mayores a los 600 m se han usado otros sistemas cuyo principio de soporte en el fondo marino es diferente mientras que las plataformas tipo jacket transmiten esfuerzos de compresin adems de los de tensin debidos a los momentos de volteo, las torres articuladas disponen de cmaras de flotacin bajo la superestructura que les permiten compensar casi totalmente las cargas aplicadas, de tal forma que los esfuerzos de compresin transmitidos a la cimentacin son mnimos, en el otro extremo las plataformas de piernas tensadas usadas en profundidades de hasta 1430 m, inducen esfuerzos de tensin sobre la cimentacin. Oleaje. Una de los factores del medio ambiente ms relevantes en el diseo de una plataforma es el oleaje; las caractersticas del oleaje dependen del sitio donde se determinen, sus parmetros bsicos, altura, periodo y longitud se deben conocer en sitios del mar donde se han detectado yacimientos potenciales de hidrocarburos. En condiciones difciles del mar, los valores tpicos de diseo de altura de ola son alrededor de 30 m

Viento. Otro factor importante en el diseo de plataformas marinas es el viento, cuya energa cintica se transforma en fuerza cuando impacta un obstculo; estas fuerzas son ms relevantes en cuerpos donde una parte importante de su superficie est expuesta a este agente, como en el caso de plataformas flotantes o barcos con sistemas de posicionamiento dinmico. Movimientos del piso marino. El carcter dinmico del ambiente marino se manifiesta en cada uno de los elementos que lo componen; oleaje, agua, viento, corrientes marinas, flora, fauna, fenmenos tectnicos y volcnicos as como las actividades del hombre interactan entre si. El suelo marino tambin es influenciado y convertido en agente transformador.

Geomorfologa marina. El estudio cuidadoso de la morfologa marina, permite determinar sitios ms probables para el tendido de lneas y desplante de cimentaciones o sistemas de anclaje, as como prevenir condiciones potencialmente inseguras en aguas someras y profundas, entre estas la existencia de canales, rellenos de escombros, fallas, plegamientos, taludes, deslizamientos, afloramientos rocosos, formas cnicas en el piso marino, que pueden ser indicadores de depsitos de gas o evidencia de licuacin, y otros.

Factores geotcnicos de riesgo. Otros factores relevantes son aquellos asociados a riesgo, que desde el punto de vista geotcnico se pueden incluir en cuatro grandes grupos: 1. a) Los relacionados al diseo, construccin, instalacin y operacin de estructuras en el fondo marino.

2. b) Factores humanos.

3. c) Fenmenos naturales

4. d) Medio ambiente marino. Otros factores. Se toman n cuenta los que afectan el comportamiento y estabilidad de estructuras para plataformas son: el empuje y adherencia de bloques de hielo sobre plataformas, la formacin de colonias de organismos marinos corrosin y otros.

Tipologa estructural

Las estructuras se pueden clasificar en dos grupos: las apoyadas en el fondo marino, objeto de nuestro estudio, y las flotantes.

Las estructuras apoyadas en el fondo marino, a excepcin de las construidas en hormign, son perfiles tubulares de acero soldados que actan como un

entramado que soporta el peso de la estructura total y las fuerzas debidas a las olas, la corriente marina y el viento. Se diferencias dos tipos: - Fijas. Se consideran de este tipo cuando la frecuencia natural ms baja del movimiento de flexin de la estructura est por encima de la frecuencia ms alta de excitacin de ola significativa. Se comportan como un cuerpo rgido y deben resistir todas las fuerzas dinmicas del ambiente. Compliant. Pertenecen a este tipo cuando la frecuencia natural ms baja est por debajo de la energa de ola. Las fuerzas del ambiente provocan que este tipo de estructuras se desven, pero la magnitud de las cargas dinmicas es enormemente reducida, lo que permite que este tipo de estructuras sea ms econmica para aguas ms profundas respecto al tipo anterior. DENTRO DE LAS PLATAFROMAS FIJAS ESTAN: Plataforma mnima. Para aguas poco profundas, estructuras simplificadas con una pequea cubierta. - Estructura Jacket. Formada por perfiles tubulares de acero conectados que forman una armadura tridimensional. - Estructuras de gravedad. Principalmente hechas de hormign, se sustentan

en su gran volumen y peso. Son susceptibles de erosin en la base y hundimiento por su naturaleza.

ESPECIFICACIONES PARA UNA PLATAFORMA TIPO JACKETS ESTRUCTURA JACKET Dado que nuestro estudio va a consistir en el anlisis del comportamiento dinmico de una estructura Jacket. Estas se someten a la accin del oleaje, por su este tipo de estructura, se trata de una armadura tridimensional de perfiles tubulares de acero que presentan de 4 a 8 patas deformables para conseguir la estabilidad frente a las olas. Este tipo es propio y econmico para profundidades menores. Se compone principalmente de 3 elementos Estructurales:

- Cubierta. Puede ser modular o integrada. Formada por entrampado de Barras y placas para formar un suelo. Soportan cargas de equipo de operacin, de servicios requeridos por el personal, etc., dependiendo de la funcin o uso de la estructura.

Torre. Sus funciones son soportar las condiciones ambientales, recibir la carga de la cubierta y transferirla a la cimentacin, as como servir de soporte para otro tipo de elementos y subestructuras que existan debido al uso que se le est dando a la estructura. Los componentes principales de la torre son: las patas o barras verticales, las barras horizontales y diagonales que conectan las patas, y las juntas. - Cimentacin. Se compone generalmente de pilotes metlicos hincados en el fondo marino que pueden estar unidos a las patas de dos formas, encajando el extremo del pilote en el interior de la pata, por lo que es evidente que el dimetro exterior del pilote debe ser inferior al dimetro interior de la pata, o tambin se puede fijar el pilote al pilar hacindolo pasar a travs de unos conectores soldados al pilar.

ESTRUCTURA JACKET

Dimensionamiento inicial de la estructura

Para pasar a analizar y comprobar la estructura Jacket hay que partir de un primer diseo. En este primer paso se tiene en cuenta la existencia de diseos de plataformas ya construidas en condiciones ambientes similares o en su defecto, fijar una configuracin inicial siguiendo unos determinados principios basados en la experiencia en este campo de las estructuras. Generalmente se comienza con la eleccin del tamao de los pilotes, a partir de l se fijan las dimensiones de las barras verticales principales, y finalmente las dimensiones de las barras diagonales y horizontales que unen las barras verticales y las que sustentan la cubierta. - La altura total de la estructura debe ser mayor que la altura mxima de la cresta de la ola que se pueda formar sobre el nivel de aguas tranquilas, para evitar que el oleaje afecte a la cubierta. - Eleccin del pilote. Se debe seleccionar el dimetro exterior y el espesor de pared. El rango de dimetros exteriores de pilotes comnmente utilizado es 36-72 in (0.91-1.83 m), y el espesor de pared debe ser mayor a 1 in (0.025 m) por problemas de corrosin. Adems hay que determinar la profundidad o longitud de pilote, para lo que se requiere el conocimiento aproximado de los esfuerzos mximos actuando sobre los pilotes. La longitud del pilote se calcula teniendo en cuenta que la capacidad de carga Qd del pilote debe ser igual o superior al axil extremo sobre el pilote, afectado por un coeficiente de seguridad igual a 1.5 para diseos de carga segn la norma API RP2A.

Una vez conocido las propiedades del pilote y el estudio geotcnico del terreno, se puede elaborar una tabla de capacidad de carga del pilote.

Entrando en la tabla con la carga de diseo que debe soportar el pilote, se obtiene la longitud del pilote. - Configuracin de la estructura Jacket. Hay una amplia variedad de formas en cuanto a la disposicin de las barras diagonales y horizontales que conectan

las barras verticales principales, cada una de ellas con sus ventajas e inconvenientes. Varios de estos patrones se muestran en la siguiente figura.

El tipo 1 es el patrn K, el cual presenta pocas barras conectndose en las juntas, lo que reduce costos de soldadura y montaje. Este tipo es utilizado en localizaciones donde la solidez no es importante y donde no se presentan acciones ssmicas. Los tipos 2 y 5 corresponden al patrn V, que presentan pocas barras conectndose en las juntas y carecen de redundancia y simetra. Es un patrn poco usado y no recomendado. El tipo 3 es el patrn N, de caractersticas similares a los dos anteriores y tampoco es recomendado. El tipo 4 es el patrn V ms X de uso muy comn. Este tipo presenta simetra, redundancia y mejor ductilidad, y su nica desventaja es el alto nmero de barras que conectan en las juntas. El tipo 6 es el patrn X, con el cual se consigue mayor ductilidad y mejor resistencia ante cargas ssmicas. - Eleccin barras verticales principales. El dimetro interior debe ser 3-4 in (0.076-0.102 m) mayor que el dimetro exterior del pilote en caso de que el pilote se aloje en el interior de la barra vertical. El espesor debe oscilar entre 0.5-2.5 in (0.013-0.064 m), dado que un espesor menor conlleva problemas de corrosin y uno mayor es complejo de fabricar. - Eleccin barras horizontales y diagonales.

Para una estructura Jacket se deben realizan las siguientes comprobaciones: - Comprobacin del perodo natural de vibracin. Una vez obtenida la frecuencia natural mnima global de la estructura, a partir de su inversa, se obtiene el perodo natural de vibracin (Tn). Estructuras offshore sometidas a la accin del oleaje Dicho perodo debe alejarse del perodo promedio del espectro de oleaje y evitar una amplificacin de las cargas dinmicas. Concretamente, en aguas someras una estructura Jacket posee un bajo Tn, del orden de 4 s en una profundidad inferior a 800 ft (243.84 m), que est alejado del perodo promedio de un espectro de oleaje en condiciones extremas que suele estar en el rango 12-14 s. Comprobacin de flecha. Los desplazamientos mximos horizontales de la estructura deben ser inferiores a 2-3 pulgadas (0.05-0.076 m). - Comprobacin de resistencia y estabilidad. La comprobacin fundamental de resistencia y estabilidad para elementos estructurales de seccin uniforme sometidos a esfuerzos

CONSTRUCCIN DE JACKETS, MDULOS, INSTALACIONES Y EQUIPOS JACKETS INSTALADAS Se construye la jacket en posicin vertical (jackets ms pequeas) u horizontal (jackets ms grandes) en un muelle del emplazamiento de fabricacin. Se iza y sujeta la jacket a bordo de una barcaza. JACKETS INSTALADAS CON GRA En el emplazamiento de la plataforma, se fondea la barcaza junto a un buque gra. Se levanta la jacket de la barcaza, se coloca en posicin vertical desde la horizontal en la que estaba y se coloca cuidadosamente sobre el lecho marino. Tras colocar la jacket, se instalan los pilotes en sus alojamientos y se introducen en el lecho marino. La fijacin de los pilotes a la jacket concluye el montaje. JACKETS INSTALADAS MEDIANTE LANZAMIENTO

Se construye la jacket en posicin horizontal. Para su izado a bordo de la barcaza de transporte, se coloca la jacket sobre rodillos que se deslizan sobre una va recta de vigas metlicas y se la arrastra para subirla a la barcaza. Una vez en el emplazamiento de la plataforma, se desliza la jacket fuera de la barcaza.

Se sumerge profundamente en el agua y posteriormente adopta una posicin flotante Se necesitan dos vigas de celosas verticales y paralelas fuertes en la estructura de la jacket, capaces de absorber las reacciones en el apoyo durante el lanzamiento. Con el fin de reducir las fuerzas y momentos en la jacket, se acoplan balancines a la popa de la barcaza. La siguiente fase consiste en colocar la jacket en posicin vertical por medio del llenado controlado de los tanques de flotabilidad y a continuacin se coloca sobre el lecho marino. Las jackets con capacidad de colocarse por s mismas en posicin vertical lo hacen as tras el lanzamiento. El montaje se completa con el pilotaje y la fijacin de los pilotes/jacket.

Cimentacin. (a) Pilote fijado mediante conectores. (b) Pilote fijado directamente a extremo inferior de la pata principal La cimentacin de la jacket se lleva a cabo mediante pilotes tubulares de acero con el extremo abierto, de dimetros de hasta 2 m. Los pilotes se introducen en el lecho marino hasta una profundidad de 40-80 m y, en algunos casos, hasta 120 m. Se instala el pilote en las patas de las esquinas de la jacket , golpeando los pilotes a travs de las patas, a travs de alojamientos de esta misma para el situarlos en la base de la jacket, en el que el pilote se instala en guas acopladas a los pilares de la jacket. Los pilotes en zcalo pueden colocarse formando agrupaciones alrededor de cada pilar de la jacket.

Se Pilotes en zcalo vertical que se instalan directamente en el alojamiento del pilote en la base de la jacket; se eliminan todas las dems guas. Esta disposicin tiene como resultado un menor peso estructural y una mayor facilidad del hincamiento de los pilotes. En cambio, los pilotes inclinados agrandan la cimentacin en su base, proporcionando de esta manera una estructura ms fuerte.

Bsicamente, existen tres tipos de disposicin de pilotes/jacket.

TIPOS DE PLATAFORMAS JACKETS

FUNCIONES

Las funciones principales de los mdulos de una plataforma petrolfera son: Control del pozo Soporte para los equipos de los trabajos de complemento Separacin del gas, petrleo y componentes no transportables del producto en bruto, por ejemplo agua, parafinas/ceras y arena Soporte para las bombas/compresores necesarios para transportar el producto a tierra Generacin de energa Alojamiento para el personal de operacin y mantenimiento.

El diseo de plataformas petrolferas ha de considerar varias exigencias de la construccin relacionadas con: 1. fabricacin 2. peso 3. embarque en la barcaza 4. transporte martimo 5. montaje en el mar 6. montaje de mdulos 7. uniones 8. puesta en servicio Se debe disponer de una estrategia de construccin documentada durante todas las fases del diseo y debe efectuarse un seguimiento del desarrollo real del diseo, cotejndolo con la estrategia de construccin. A continuacin se ilustra la construccin mediante cuatro ejemplos. 15

2.2 PLATAFORMA CIMENTADA SOBRE ESTRUCTURA DE HORMIGON.

MECNICA DE SUELOS.

En ingeniera, la mecnica de suelos es la aplicacin de las leyes de la fsica y

las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la

capa superficial de la corteza terrestre.

El objeto de la cimentacin es proporcionar el medio para que las cargas de la

estructura, concentradas en columnas o muros, se trasmitan al terreno

produciendo en este un sistema de esfuerzos que puedan ser resistidos con

seguridad sin producir asentamientos, o con asentamientos tolerables, ya sean

estos uniformes o diferenciales.

En forma general las cimentaciones pueden ser clasificadas en dos grupos:

cimentaciones directas y cimentaciones indirectas.

CIMENTACIONES DIRECTAS

Una cimentacin directa es aquella en la cual los elementos verticales de la

superestructura se prolongan hasta el terreno de cimentacin, descansando

directamente sobre el mediante el ensayo de ensanchamiento de su seccin

transversal con el fin de reducir el esfuerzo unitario que se trasmite al suelo.

CIMENTACIONES INDIRECTAS

Una cimentacin indirecta es aquella que se lleva a cabo por elementos

intermedios como pilotes, cilindros y cajones de cimentacin, ya que el suelo

resistente se encuentra relativamente a gran profundidad.

Para poder elegir acertadamente un determinado tipo de cimentacin es

necesario la secuela a continuacin:

>Estudio de cargas y de la compactibilidad entre tipo de cargas y las

caractersticas del subsuelo (segn sea el tipo de estructura) llevando a cabo

anlisis cuidadosos y los ms apegados posibles a la realidad.

>Determinacin de la capacidad de carga del suelo.

>Preparacin de varios proyectos de los diferentes tipos de cimentacin.

>Seleccin del tipo de cimentacin ms adecuado atendiendo a:

-Tipo de subsuelo

-Rapidez en la construccin

-Adaptacin

-Economa.

Cimentaciones ciclpeas

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales

y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclpeo (hormign) es

sencillo y econmico. El procedimiento para su construccin consiste en ir

vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaos al tiempo que se vierte

la mezcla de concreto en proporcin.

Capacidad portante

En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno

para soportar las cargas aplicadas sobre l. Tcnicamente la capacidad portante

es la mxima presin media de contacto entre la cimentacin y el terreno tal que

no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial

excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno

de los siguientes criterios funcionales:

Si la funcin del terreno de cimentacin es soportar una determinada tensin

independientemente de la deformacin, la capacidad portante se denominar

carga de hundimiento.

Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensin aplicada al terreno y la

deformacin sufrida por ste, deber calcularse la capacidad portante a partir de

criterios de asiento admisible.

De manera anloga, la expresin capacidad portante se utiliza en las dems

ramas de la ingeniera para referir a la capacidad de una estructura para soportar

las cargas aplicadas sobre la misma.

Nivel fretico.

El nivel fretico corresponde al nivel superior de una capa fretica o de un

acufero en general. A menudo, en este nivel la presin de agua del acufero es

igual a la presin atmosfrica.

Tambin se conoce como capa fretica, manto fretico, napa fretica, napa

subterrnea.

El nivel fretico se puede medir mediante un agujero barrenado en el suelo. El

nivel de agua en el agujero corresponde con el nivel fretico o la tabla de agua.

Aqu la presin es igual a la atmosfrica.

Cimentacin en agua:

la cimentacin se realiza mediante cajones sin tapa, llamados cajones

flotantes, los que son construidos en tierra y botados al agua de forma anloga

como cualquier embarcacin. Estos cajones pueden ser construidos de

hormign armado y acero.

Emplazando el cajn que nos referimos en el lugar exacto, y utilizando arena

como lastre, se va sumergiendo mediante una gua de pilotes, con el fin de

que llegue al fondo en su posicin correcta, donde se le asegurar mediante

anclajes. El suelo que haya de soportar el cajn deber ser horizontal. Dicho

terreno se prepara con excavadoras, o bien haciendo un terraplenado con

arena.

Su ejecucin consiste en aislar del agua una zona determinada donde se va a

situar la cimentacin de alguna pila, generalmente en el fondo de un ro, brazo

de mar o lago, etc. Una vez construido un recinto estanco se puede proceder de

dos modos, primeramente se puede agotar el agua del interior del recinto y

trabajar en seco bajo la cota del agua del ro o de la superficie de agua. Tambin

se puede optar por rellenar la zona estanca y construir encima la cimentacin.

Si el calado es escaso se puede realizar un recinto para la cimentacin

simplemente rellenando con material de la granulometra adecuada, teniendo en

cuenta la proteccin de los mrgenes de la isla creada para evitar su erosin. Si

el calado es muy grande generalmente se realiza el recinto mediante el clavado

de tablestacas y el posterior agotamiento mediante bombas del agua que queda

en el interior.

Tabla de capacidad de suelos

Composicin del lecho marino.

hidrocarburos, azufre, sal, roca fosfrica, minerales pesados, carbn, hierro,

xidos de magnesio, minerales preciosos, semipreciosos, as como aquellos

utilizados para la construccin como son la grava, la arena, el limo y la arcilla

y otros metales estratgicos para la electrnica y la balstica, tales como el nquel,

el cadmio, el cobalto y el cobre. Estos ltimos estn presentes en las ventilas o

chimeneas hidrotermales, emplazadas en las cordilleras ocenicas profundas y

en los ndulos de manganeso presentes en las planicies abisales.

Golfo de Mxico

En la plataforma continental del Golfo de Mxico tambin existen horizontes

sedimentarios en el subsuelo marino, constituidos por agua y vapor mezclados

con gas metano, que estn encerrados entre estratos impermeables de arcilla y

limo.

Yucatn: xidos de manganeso, fosforitas y glauconita.

Veracruz: depsitos de cuarzo.

Caribe mexicano: rocas de carbonato de calcio y evaporitas compuestas por

cloruros y sulfatos, con un espesor mayor a los 3 500 metros.

Composicin petrolfera:

Carbonatos y terrgenos

Que es el hormign:

El hormign o concreto es un material compuesto empleado en construccin

formado esencialmente por un aglomerante al que se aade: partculas o

fragmentos de un agregado, agua y aditivos especficos.

El aglomerante es en la mayora de las ocasiones cemento (generalmente

cemento Portland) mezclado con una proporcin adecuada de agua para que se

produzca una reaccin de hidratacin. Las partculas de agregados, dependiendo

fundamentalmente de su dimetro medio, son los ridos (que se clasifican en

grava, gravilla y arena).1 La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la

participacin de un agregado) se denomina mortero. Existen hormigones que se

producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormign

asfltico que utiliza betn para realizar la mezcla.

La principal caracterstica estructural del hormign es que resiste muy bien los

esfuerzos de compresin, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos

de esfuerzos (traccin, flexin, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo

asociado a ciertas armaduras de acero, recibiendo en este caso la denominacin

de hormign armado, o concreto pre-reforzado en algunos lugares;

comportndose el conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones.

Cuando se proyecta una estructura de hormign armado se establecen las

dimensiones de los elementos, el tipo de hormign, los aditivos y el acero que

hay que colocar en funcin de los esfuerzos que deber soportar y de las

condiciones ambientales a que estar expuesto.

Generalmente se utilizan pilotes.

Se fabrican actualmente de hormign o acero (en la antigedad un simple tronco

de un rbol)

Introducen en el terreno mediante hinca utilizando unos martinetes especiales,

tambin se puede perforar el terreno colocar unas barras de acero y rellenar de

hormign. En el mar el mtodo colocacin que se suele usar es la hinca

En las plataformas petrolferas generalmente se utilizan tubos de acero de gran

dimetro.

EJEMPLOS DE PLATAFORMAS

TROLL

Parte inferior de una plataforma petrolfera en Noruega. Cuando la plataforma

est en su lugar toda la estructura estar sumergida.

Pueden ser convencionales o modulares. Son empleadas para profundizar,

reparar o terminar pozos sobre estructuras fijas. Las convencionales operan en

pozos ms profundos, y estn dotadas de un mstil. Las modulares operan en

pozos poco profundos y consisten en mdulos armados con su propia gra.

Son construidas sobre piernas de hormign o acero ancladas al lecho marino,

sobre las que se colocan otros tipos de estructuras como camisas de acero -

secciones verticales de acero tubular- o cajones de hormign -que permiten el

almacenamiento de combustible bajo la superficie y cuando estn vacos

confieren flotabilidad, motivo por el cual son utilizados para construir estas

plataformas cerca de la costa y hacerlas flotar hasta la posicin en que finalmente

la plataforma ser anclada-. Tienen una cubierta con espacio para las

plataformas de perforacin, las instalaciones de produccin y los alojamientos de

la tripulacin. Este diseo permite su utilizacin a muy largo plazo. Las

plataformas fijas son econmicamente viables para su instalacin en

profundidades de hasta unos 1.700 pies (520 m).

Plataforma Hibernia

La plataforma petrolfera de Hibernia se encuentra a 315km de San Juan de

Terranova, en el Atlntico. Comenz su produccin en Noviembre de 1997, cinco

meses despus de que se iniciara su construccin. La plataforma es la ms

grande del mundo. Tiene 224 metros de altura y en ella trabajan 185 personas.

Su capacidad de produccin es de 230000 barriles de petrleo diarios.

Statfjord.

Esta plataforma est hecha de 824.000 toneladas de acero y hormign, con una

altura de casi 200 metros desde los tanques de almacenamiento del fondo basta

la plataforma para helicpteros situada en lo alto. Su construccin cost 1.840

millones de dlares de la poca.

La base y la plataforma se construyeron por separado, y despus se acoplaron

en el mar, en una operacin de precisin absoluta. Las dos piezas se

transportaron, flotando sobre barcazas, hasta Irkefjorden, un fiordo resguardado

y de aguas profundas. El extremo superior de las cuatro patas deba acoplarse a

cuatro tubos cortos que sobresalan del fondo de la plataforma. La maniobra ms

difcil consista en situar la plataforma en posicin exacta sobre la base hundida,

y aadir lastre a las barcazas para hacer descender la plataforma, mientras al

mismo tiempo se elevaba la base, extrayendo el agua de los tanques de

almacenamiento. Manejar masas tan enormes con tanta exactitud y en el mar es

una tarea que exige nervios bien templados. Las fuerzas de la inercia son tan

tremendas que el ms ligero error puede provocar un choque entre las dos

gigantescas masas que arranque enormes fragmentos de hormign. Pero en

menos de 37 horas se haba conseguido transferir a la base todo el peso de la

plataforma, uniendo las dos partes con ms de 100 tornillos de 10 centmetros

de dimetro.

Condeep

Es la palabra inglesa que denomina a la tipologa estructural de plataformas

petrolferas de hormign para aguas profundas: Condeep (Concrete Deep Water

Structure). Se trata del sistema GBS (Gravity Base Structure), que utilizan

plataformas como la Hibernia en Canad. Este sistema fue desarrollado por

ingenieros noruegos en Stavanger, noruega. El desarrollo de este sistema fue en

parte impulsado por los incidentes del campo Ekofisk en Noruega en 1973

Una plataforma tipo Condeep, suele consistir habitualmente en una base de

hormign armado que almacena crudo, de esa base nacen tres o cuatro torres

de hormign. El diseo original tipo Condeep se apoyo en el lecho marino, y

consigue elevarse hasta 30 metros por encima del nivel del mar (sin considerar

la altura de la construccin por encima de la plataforma base).

GBS, cimentacin por gravedad de la estructura

Esta GBS se construye utilizando hormign de alta resistencia armado con cables

de acero. El proceso empleado para el vertido del hormign es el Slipforming,

procedimiento utilizado por primera vez en la presa Hoover, y ms tarde en la

Interstatal Highway en EEUU, consistente en introducir una mquina que

desliza (vibra y compacta) el hormign una vez vertido contra las paredes del

encofrado, esto permite que el hormign no necesite sellado. Adems se ha

reforzado por el exterior contra el fro, ya que se encuentra sometida a una

situacin extraordinaria y es que est permanentemente rodeada por una placa

de hielo de 1.4m de espesor y un anillo de hielo inferior de15 metros de espesor.

La primera plataforma que lo utiliz en su cimentacin fue la plataforma Troll.

Esta cimentacin contiene cuatro compartimentos: compartimento de servicio

(contiene toda la maquinaria necesaria para el funcionamiento de la plataforma,

as como los aparatos para la produccin de calefaccin y ventilacin).

TIPOS DE CIMENTACIONES:

Dependiendo de la ubicacin y de las caractersticas de los estratos resistentes de suelos, las cimentaciones se clasifican en cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas.

Entre las cimentaciones superficiales destacan los plintos aislados, las zapatas corridas, las zapatas combinadas, las vigas de cimentacin y las losas de cimentacin.

Entre las cimentaciones profundas se suelen utilizar los pilotes prefabricados hincados, los pilotes fundidos en sitio y los caissons.

a. PLINTOS AISLADOS:

Se los utiliza como soporte de una sola columna, o de varias columnas cercanas en cuyo caso sirve de elemento integrador. Pueden utilizar una zapata de hormign armado, o un macizo de hormign simple o de hormign ciclpeo.

Las zapatas de hormign armado deberan tener al menos 40 cm de peralte en edificaciones de varios pisos, para asegurar una mnima rigidez a la flexin. Se pueden admitir espesores inferiores en el caso de estructuras livianas no superiores a dos pisos como viviendas unifamiliares con entramados de luces pequeas, como pasos cubiertos, etc.

b. ZAPATAS CORRIDAS:

Se las utilizan para cimentar muros o elementos longitudinales continuos de distintos materiales como hormign o mampostera.

c. Zapatas Combinadas:

Se las suele emplear para integrar el funcionamiento de una zapata inestable o ineficiente por s sola, con otra zapata estable o eficiente, mediante una viga de rigidez.

d. Vigas de Cimentacin:

Se las emplea en suelos poco resistentes, para integrar linealmente la cimentacin de varias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas de cimentacin en dos direcciones, se forma una malla de cimentacin.

e. Losas de Cimentacin:

Se emplean en suelos poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentacin de varias columnas. Cuando al disear la cimentacin mediante plintos aislados, la superficie de cimentacin supera el 25% del rea total, es recomendable utilizar losas de cimentacin.

f. Pilotes:

Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son muy profundos. El hincado de pilotes permite que se alcancen esos estratos resistentes.

Pueden ir acoplados a zapatas o losas de cimentacin. Se utilizan varios pilotes para sustentar a cada unidad de cimentacin.

g. Caissons:

Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son medianamente profundos y pueden excavarse pozos mediante procedimientos manuales o mecnicos, los mismos que son rellenados con hormign simple u hormign armado. Se comportan como columnas enterradas.

CRITERIOS PARA EL DISEO DE PLINTOS:

Los esfuerzos en el suelo no deben sobrepasar los esfuerzos admisibles bajo condiciones de carga sin factores de mayoracin.

Cuando las combinaciones de carga incluyan el efecto de solicitaciones eventuales como sismos y viento, los esfuerzos admisibles pueden incrementarse en un 33.3%.

Los asentamientos de las estructuras debern calcularse incluyendo el efecto en el tiempo de suelos compresibles o consolidables como arcillas y suelos orgnicos.

El recubrimiento mnimo para el hierro, cuando el hormign es fundido en obra en contacto con el terreno y queda permanentemente expuesto a l, es de 7 cm.

Los plintos debern disearse para resistir fuerzas cortantes en cada direccin independientemente, tomando como seccin crtica a una distancia d desde la cara de las columnas o elementos verticales.

La capacidad resistente a cortante tipo viga del hormign se calcula con la siguiente expresin emprica:

Donde tanto fc como vc se expresan en Kg/cm2.

Los plintos debern disearse para resistir fuerzas cortantes de punzonamiento en dos simultneamente, tomando como seccin crtica a aquella que se ubica a una distancia d/2 alrededor del elemento vertical de carga (columna, muro de

corte, etc.).

La resistencia al cortante por punzonamiento que puede desarrollar el hormign se calcula con la siguiente expresin emprica:

Donde tanto fc como vc se expresan en Kg/cm2.

La seccin crtica de flexin en una direccin se ubicar en las caras de los elementos verticales de carga.

En cimentaciones de muros de mampostera, la seccin crtica de diseo a la flexin se considerar ubicada en la mitad, entre el eje medio y el borde del muro.

En zapatas reforzadas en una direccin y en zapatas cuadradas reforzadas en dos direcciones, el refuerzo debe distribuirse uniformemente a travs del ancho total de la zapata.

En zapatas inclinadas o escalonadas, el ngulo de inclinacin o la altura y colocacin de los escalones sern tales que se satisfagan los requisitos de diseo en cada seccin.

Las zapatas inclinadas o escalonadas que se dimensionen como una unidad,

deben construirse para asegurar su comportamiento como tal (debern ser

monolticas).

2.3 PLATAFORMAS CIMENTADAS EN TIERRA

La informacin durante cualquier etapa del diseo debe ser lo ms confiable

posible para evitar cambios durante la ejecucin del diseo; tal como, la Geologa

apoyada por los estudios Geofsicos para el aporte de datos precisos de

localizacin y eleccin del sitio de muestreo para el estudio geotcnico, del que

a su vez se obtendr informacin del diseo para la cimentacin, adems de los

datos Oceanogrficos y Meteorolgicos, que darn informacin necesaria para

el diseo de la subestructura, se denominaran estudios integrales para el anlisis

y el diseo de estructuras marinas .

SISTEMAS FIJOS Y FLOTANTES PARA LA EXPLOTACION DE

HIDROCARBUROS.

En el caso de que sea una plataforma fija es necesario elegir el tipo de instalacin

que se va a construir. De acuerdo a las condiciones del yacimiento, entre otros

factores, se puede elegir entre los dos tipos de instalaciones para explotaciones

existentes en la actualidad. A estos tipos de instalaciones se les conoce como

plataformas marinas fijas. La diferencia bsica entre un tipo y otro radica en los

materiales elegidos para la construccin de la misma.

Los dos tipos principales de plataformas marinas existentes son:

. Plataforma fija de acero.

. Plataforma de gravedad de concreto.

Cabe hacer notar que existe un tercer grupo de plataformas marinas, el conocido

como plataformas hibridas. Este tipo de plataformas consiste en una mezcla de

los dos tipos anteriormente mencionados. Este tipo de construccin es

completamente nuevo, adoptando los beneficios de la construccin de acero y

de la construccin del concreto. El diseo de plataformas hibridas todava no se

ha desarrollado lo suficiente, por lo que raramente es considerado.

Las condiciones del suelo marino en donde se va a instalar la plataforma son un

factor importante para la determinacin del tipo de estructura que se construir.

Cuando las caractersticas del suelo marino son muy buenas, es decir, que

tenemos un suelo solido con superficie homognea plana lo recomendado es la

construccin a base de concreto. Por otro lado si el suelo es muy discontinuo con

una capacidad de carga reducida, se recomienda generalmente la estructura de

acero apoyada sobre pilotes.

Desde el punto de vista econmico, hasta tirantes de 100 metros, los costos de

construccin son bsicamente los mismos. Las plataformas de concreto se

vuelven ligeramente ms costeables a medida que las profundidades de

desplante sobrepasen los 100 metros de tirante de agua.

PLATAFORMAS DE ACERO

Existen tres variantes en una plataforma de acero segn las condiciones para las

que se deber trabajar, y son:

.Plataforma Tubular Fija.

.Plataforma en Torre (Guyed tower).

.Plataforma de piernas Tensionadas, TLP.

Cabe notar que estos tres tipos de plataformas son las que se conocen como

plataformas fijas, aunque como ya se haba mencionado tambin que en

ocasiones se utilizan instalaciones como la semisumergible de acero, o la

autoelevable para realizar la explotacin total del yacimiento en cuestin. A

continuacin se explicaran algunos tipos de plataformas.

PLATAFORMA TUBULAR FIJA.

Este tipo de plataforma est constituida bsicamente por elementos de acero

tubular. Sus instalaciones son usadas en todo el mundo. Pueden manejar tirantes

desde 20 metros hasta profundidades superiores a los 300.

Generalmente este tipo de estructura se estudia se estudia dividindola en cuatro

secciones principales:

Superestructura. (Deck)

Subestructura. (jacket)

Paquetes.

Pilotes de cementacin.

La superestructura (deck).- es la parte superior de la plataforma, constituida

por las cubiertas (generalmente 2), y por las columnas que soportan a esta (que

generalemente son 8). Los pisos o cubiertas se forman por vigas longitudinales

apoyadas sobre marcos principales transversales (formadas por las columnas de

apoyo de la superestructuras y por trabes armada). Esto son destinadas a

soportar diferentes paquetes que se necesitaran para la explotacin adems de

los diferentes equipos y tubera de servicio para la plataforma.

La estructura va unida directamente a los extremos superiores de las patas de la

subestructura sencillamente podemos definirla como la parte de la plataforma

que queda sobre la superficie del agua.

La subestructura (jacket).- es una estructura tubular piramidal formada

generalmente por cuatro marcos trapezoidales de 50 a 80 metros de longitud a

la base alrededor de 5 pulgadas de dimetro para su construccin. Los cuatro

marcos permiten tener 8 puntos de apoyo para sustentar la estructura sobre el

lecho marino, adems de funcionar para resistir esfuerzos longitudinales y

transversales.

Existen tambin niveles de arriostramiento horizontal unidos a las columnas por

diagonales tubulares. La subestructura se apoya sobre el fondo por medio de

pilotes que son introducidos al suelo marino a travez de las columnas de la

subestructura. La subestructura, adems de servir como gua para los pilotes,

sirve tambin para darles a esta unidad y que funcionen pilotes y subestructura

como una sola pieza, se acostumbra rellenar el espacio entre el tubo hueco de la

subestructura y el pilote, con material de relleno y una lechada de cemento

(grout). Cada pilote, despus de penetrar totalmente, se suelda a la columna por

la que fue guiado.

En ocasiones, la parte inferior de las patas de la estructura se hacen con tuberas

de dimetros muy grandes, esto se ve como un ensanchamiento de la

subestructura en todas las extremidades inferiores, estos ensanchamientos se

hacen para que por medio de guas se logren introducir ms de un pilote por pata

al fondo marino. Estos ensanchamientos se conocen como patas de botellas

(bottlelegs).

La subestructura soporta una estructura adicional que sirve para ek ascenso y

descenso de personal a barcazas de transporte.

PAQUETES.- son los diferentes mdulos y equipos con los que se equipan las

plataformas para lograr que estos cumplan con su objetivo. Se tienen paquetes

de perforacin, formados por paquetes de mquinas, bombas, tanques qumicos,

perforacin y habitacional. Los diferentes paquetes se montan sobre la

estructura, unos encima de otros. Existen tambin otros tipos de paquetes y

equipos, como por ejemplo los de produccin. Los paquetes que se instalaran

dependern del funcionamiento de la plataforma en cuestin.

PILOTES.- constituyen la cimentacin de la plataforma. Son elementos tubulares

hasta de longitudes mayores a los 200 metros (la longitud del pilote depender

de las cargas que le lleguen y de la capacidad de carga del suelo). Tienen un

dimetro promedio externo de un metro, y con espesores variables que van

generalmente de 1 a 1 segn sea la posicin a donde vayan a quedar en el

pilote. Los mayores espesores se encuentran en la punta, donde se tiene una

zapata para ir rompiendo las formaciones; y en la transicin agua suelo, que es

el punto donde la estructura tiene su mayor momento de volteamiento debido a

las fuerzas producidas por olas, corriente, vientos, etc.

Los pilotes se van soldando a medida que se van introduciendo por la

subestructura por tramos relativamente cortos. Las secciones de los pilotes son

de longitud variable, generalmente un pilote se forma de tres a cuatro secciones,

segn sean las condiciones de penetracin y el tirante de

Los componentes son prefabricados dentro de unidades largas que pueden ser

econmica y rpidamente transportados del patio de fabricacin al sitio costa

afuera. La prefabricacin permite una cantidad mnima de tiempo de construccin

en el mar, as es que las prdidas operacionales se minimizan debido al mal

tiempo. La construccin puede durar de 4 a 12 meses, dependiendo de la

complejidad y el tamao de la estructura.

La subestrutura normalmente se ensambla construyendo los marcos con

dimensin estrecha para ser asentados sobre el piso. Estos son rotados por

gruas en una posicin vertical, donde se aaden los soportes de cruz, guias y

otros miembros. Asi, cuando se termina, la subestructura se asienta sobre uno

de sus lados mas largos. Las dos piernas en el medio del lado mas largo son

usualmente paralelas, y la superestructura es construida con estas piernas que

quedan en las vigas de lanzamiento usadas para deslizar la superestructura

sobre una barcaza costa afuera.

DISEO ESTRUCTURAL

Es el proceso creativo mediante el cual se le da forma a un sistema estructural

para que cumpla una funcin determinada con un grado de seguridad razonable

y que en condiciones normales de servicio tenga un comportamiento adecuado.

Es importante consideras ciertas restricciones que surgen de la interpretacin

con otros aspectos del proyecto global; las limitaciones globales en cuando al

costo y tiempo de ejecucin as como de satisfacer determinadas exigencias

estticas y de espacio.

Como parte del diseo estructural debe haber un anlisis de la estructura para

asegurar que resistir la presin impuesta durante la fabricacin e instalacin

PLATAFORMAS MARINAS FIJAS

Generalmente se mantienen fijas durante su vida til, los tipos de plataformas

son

Plataformas sementadas sobre jacket

Plataforma de concreto por gravedad

Los principales sistemas estructurales empleados en el diseo de plataformas

marinas fijas en la sonda de Campeche son:

Plataforma do decpoda

Plataforma octpoda

Plataforma tetra poda

Plataforma tipo trpode

Plataforma recuperadoras de pozos ( mnimas )

Mdulos

Puentes

Anlisis: las cargas principales que se consideran en el anlisis de plataformas

marinas son las siguientes:

Carga gravitacionales

Ambientales

Accidentales

Sin embargo en diseos anteriores las plataformas deben ser diseadas para

resistir las cargas que se presentan en las etapas de fabricacin, arrastre,

transportacin, lanzamiento, izaje e instalacin.

Diseo:

El diseo de las primeras plataformas marinas en Mxico se baso inicialmente

en las prcticas recomendadas por el instituto americano del petrleo (API), este

reglamento proporciona los criterios para el diseo de plataformas marinas en

aguas territoriales de los EUA.

El IMP con el apoyo de Pemex y de otras instituciones desarrollo la norma del

diseo y evaluacin de plataformas marinas en la sonda de Campeche

NORMA NRF-CO3pemex-2000

Construccin e Instalacin

Despus de que la plataforma ha sido diseada, debe ser fabricada e instalada.

La mayor parte de la fabricacin ocurre en un punto de construccin en la costa.

Los componentes son prefabricados dentro de las unidades largas que pueden

ser econmica y rpidamente transportadas del patio de fabricacin al sitio costa

afuera. La prefabricacin permite una cantidad mnima de tiempo de construccin

en el mar, as es que las perdidas operacionales se minimizan debido al mal

tiempo. La construccin puede durar de 4 a 12 meses, dependiendo de la

complejidad y el tamao de la estructura.

La subestructura normalmente se ensambla construyendo los marcos con

dimensin estrecha para ser asentados sobre el piso.

Estos son rotados por gras en una posicin vertical, donde se aaden los

soportes de cruz, gulas y otros miembros. As, cuando se termina, la

subestructura se asienta sobre unos de los lados ms largos. Las dos piernas en

el medio del lado ms largo son usualmente paralelas, y las superestructuras es

constituida con estas piernas que quedan en las vigas de lanzamiento usadas

para deslizar la superestructura sobre una barcaza costa afuera.

Una vez que son completadas las secciones de la subestructura y su cubierta,

los componentes son jalados o levantados hacia la barcaza y transportados al

sitio costa afuera. En el sitio, un torno y un cable de ensamble jalan la

superestructura fuera de la barcaza dentro del agua. Las secciones ms bajas

de las piernas de la subestructura se dejan inundar, y de esa manera la

superestructura descansa en una posicin vertical dentro del agua, una gra

barcaza grande jala la superestructura y la coloca en el lugar diseado para la

perforacin.

Los pilotes son llevados a travs de las piernas de la subestructura. Las

secciones de la plataforma son entonces montadas en la punta de los pilotes y

ah son soldadas. Los mdulos prefabricados con los cuartos habitacionales,

bombas ensambladas y otros equipos son trados por medio de una barcaza y

elevados al lugar donde sern colocados en la subestructura de la cubierta para

completar la instalacin.

OBJETIVO

El objetivo general de este trabajo es hacer un anlisis del procedimiento

tradicional para la fabricacin de superestructuras de plataformas fijas costa fuera

que se utiliza en los patios de fabricacin en Mxico y compararlo con un nuevo

mtodo de cubiertas de que se utiliza el sistema de izaje.