Construcción de Instalaciones Petroleras (Libro de Apoyo)
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Libro de apoyo para la materia de Construcción de Instalaciones Petroleras. Realizado por un servidor (Ritchie Daniel Or...
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Construcción de instalaciones Petroleras Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
8°C
[2]
Construcción de instalaciones Petroleras Ritchie Daniel Ortiz Rguez.
Estudiante de Ingeniería Petrolera Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos
Revisor: Jorge Aníbal Lara Leo
Profesor del ITESCO Ingeniero Geólogo Egresado de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí Master en Ingeniería Petrolera
Editorial Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos
Coatzacoalcos, Veracruz, México [3]
Unidad: 4 Departamento: Materia:
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS.
Práctica No.
Fecha de Edición:
05JUNIO2015
Ingeniería Petrolera Construcción de Instalaciones Petroleras
“
”
In v estigación estigación Final de Co nstru cción d e Instalaciones Instalaciones Petroleras
Portada
Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Alumno: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
I N GE NI ER I A P ET RO LE RA
Materia: Construcción de Instalaciones Petrolera
Docente: Ing. Jorge Anibal Lara Leo
Coatzacoalcos Veracruz. A 05 de Junio del de l 2015
Prefacio.
Una plataforma petrolífera o plataforma petrolera es una estructura de grandes dimensiones cuya función es extraer petróleo y gas natural de los yacimientos del lecho marino que luego serán exportados hacia la costa. También sirve como vivienda de los trabajadores que operan en ella y como
torre
de
telecomunicaciones.
Dependiendo
de
las
circunstancias, la plataforma puede estar fija al fondo del océano, flotar o ser una isla artificial. En
esta
investigación
se
analizara
los
conceptos,
construcción, diseño, instalación, transporte entre otras cosas de la estructuras jackets, sus módulos superiores y algún otro componente de suma importancia, y como inclemencias de cargas muertas y vivas, y los cambios meteorológicos afectan a las mismas.
[4]
CONTENIDO
1.3.3
Consideraciones
generales
de
diseño ................................................. 24 Portada……………………… Portada……………………… ……………………………..1
1.3.4 Cargas que actúan sobre las plataformas tipo Jackets ........... .................... ........... 25
PostPortada…………………………..……………………2
1.3.4.1 Cargas gravitacionales ....... 25 Hoja de Presentación
………………………………3
1.3.4.2 Cargas Ambientales ........... ........... 27
Prefacio…………..………………………………………….4
1.3.5 Comprobación de la estructura . 32 1.4
Contenido…………………………………………………..5
Proceso
de
Construcción
de
la
estructura Jacket .................. ........................... .................. ......... 33 Capítulo I: Construcción de Estructuras
1.4.1 Fase F ase de Construcción ............. ................. .... 33
Jackets ........................................................... Jackets ........................................................... 8
1.4.2 Filosofía de las Construcción ..... 34
1.1 Concepto de Plataforma tipo Jacket ... 9
1.4.3 Ingeniería de la Construcción de
1.2 Clasificación de Plataformas Marinas
Jackets ................................................. 37
Tipo Jacket (Según su uso) ...................... ...................... 10
1.4.4 Proceso de fabricación............... fabricación............... 38
1.2.1 Plataformas de Perforación ....... 12
1.4.4.1 Fabricación F abricación de Nudos......... 39
1.2.2 Plataformas de Producción P roducción ........ ........ 13
1.4.4.2 Subconjuntos de la jacket j acket .. 41
1.2.3 Plataformas de Compresión ....... 13
1.4.4.3 Control dimensional........... ........... 42 42
1.2.4 Plataformas de Enlace ................ ................ 14
1.4.4.4 Cementación sobre sobre pilotes 43
1.2.5 Plataformas de Rebombeo......... ......... 15
1.4.4.4.1
1.2.6 Plataformas de Habitacionales .. 15 1.2.7
Plataformas
Plataformas
de
de
de
apoyo de los pilotes ....................... ....................... 44 1.5 Instalación de la estructura Jacket ... 44
Telecomunicaciones .................. ........................... ........... 16 1.2.8
Resistencia
1.5.1 Estructuras Jackets instaladas con
Generación
grúas ................................................... 44
Eléctrica ............................................... 17
1.5.2
1.3 Análisis Estructural, construcción y
Estructuras
Jackets
instaladas
mediante lanzamiento .......... ................... .............. ..... 45
consideraciones de diseño de plataformas
1.5.3 Levantamiento en e n Alta Mar ....... ....... 46
Jackets Jacke ts ................................ .............. ................................... .................... ... 17 el
1.5.3.1 Buque B uque Grúa .................. ........................ ...... 47
la
1.5.3.1 Disposiciones de eslingas y
estructura ............................................ 18
grilletes ........................................... 48
1.3.2 Proceso de diseño .................... ............................. ........... 23
1.6 Recomendaciones, códigos y normas
1.3.1
Directrices
dimensionamiento
para inicial
de
que [5]
rigen
el
diseño,
construcción
e
instalación de Plataformas Marinas en
2.1.3 Superestructura .................. ........................ ...... 61
México ( Jacket) ................. .......................... ................... ............ .. 49
2.1.4 Identificación de la subestructura,
1.6.1 Norma de Referencia de PEMEX
superestructura, y modulo superiores
............................................................. 49
............................................................ 63
1.6.1.1 “Diseño y evaluación de
2.2 Módulos Superiores ............ ..................... .................. ......... 64
Plataformas Marinas fijas en el Golfo 2.2.1
de México” (NRF-003-PEMEX-2007) (NRF-003-PEMEX-2007)
módulos superiores .................. ........................... ......... 64
........................................................ 50
2.2.2
1.6.1.2 “Cargas, amarre, transporte transporte e instalación
de
Plataformas
Funciones principales de los
Módulos superiores cimentadas
sobre Jackets .................. ........................... ................... ............ 65
Costa
Afuera” (NRF-041-PEMEX-2007) (NRF-041-PEMEX-2007) ... 51
2.2.2.1 Concepto .................. ........................... ......... 65
1.6.1.3
Accesorios
2.2.2.2 Diseño estructural para los
plataformas
módulos integrados ................. ...................... ..... 66
Marinas” (NRF-173-PEMEX-2009) (NRF-173-PEMEX-2009) . 51
2.2.2.3 Diseño estructural para los
1.6.1.4
para
módulos Superiores fundadas sobre
(NRF-173(NRF-173-
Jackets ........................................... 66
“Diseño
estructurales
para
“Acero
plataformas
de
estructural
Marinas”
PEMEX-2009) .................. ............................ ............... ..... 52
2.2.3
Diseño de Módulos superiores
1.6.2 Practicas recomendadas para el
cimentadas sobre hormigón .............. .............. 67
diseño, construcción e instalación de
2.2.4 Equipo y modulo modulo vivienda ........ ........ 68
plataformas Marinas .................. .......................... ........ 53
2.2.4.1 Instalación ................. ......................... ........ 68
1.6.2.1 Recommended practice for planning,
desingning
constructing
fixed
2.2.4.2 Elementos estructurales de
and
los módulos habitacionales ........... ........... 68
offshore
2.3 Superestructura (Con Modulo) ............. ............. 70
platforms-working stress design (API RP 2-A WSD) .................. ........................... ................ ....... 53
2.3.1 Aspectos básicos del del diseño ..... ..... 71
1.6.3 American Welding Society (AWS)
2.3.1.1 Espacio y Elevaciones ........ 71
............................................................. 55
2.3.1.2 Requisitos de distribución . 72
1.6.4 American Society for Testing and
2.3.1.3 Control de Interconexiones
Materials (ASTM) ................. ........................... ............... ..... 56 1.6.4
IMCA-Instituto
Mexicano
....................................................... 75
de
2.4 Sistemas Estructurales ............ ..................... .............. ..... 76
Construcción en Acero .................. ....................... ..... 56 Capítulo
II:
Módulos
Superiores
y
su
2.4.1
Selección
de
módulo
para
Instalación ................................................... Instalación ................................................... 58
estructuras principales soportadas por
2.1 Análisis de ingeniería Civil ..................... ..................... 59
Jackets Jacke ts ............................... ............. .................................. ................ 76 2.4.2
2.1.1-Subestructuras .................. .......................... ........ 59
Selección de módulo sobre
estructuras
2.1.2 Misceláneos de la Subestructuras
verticales
de
hormigón
(EVH) ................................................... 77
............................................................. 61 [6]
Capítulo III: Transporte y Sujeción ............. Sujeción ............. 79 3.1 Aspectos del Diseño para el Embarque. 80 3.2 Transporte marítimo y sujeción durante el mismo ...................................................... 80 3.2.1 Operaciones .................. ........................... ........... .. 80 3.2.2
Aspectos
del
diseño
del
transporte marítimo y amarre durante el mismo .............................................. 82 3.3 Transporte marítimo y sujeción durante el mismo II ................................................... 84 Bibliografía………………………………………..……..85
[7]
pág. 8
Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Capítulo I: “Construcción de Estructuras Jackets”
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
pág. 9
Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Capítulo I “Construcción de Estructuras Jackets”
1.1.
CONCEPTO DE PLATAFORMA MARINA TIPO JACKET
Una plataforma marina se describe como una instalación industrial localizada costa afuera, cuya función original fue la extracción del petróleo y gas natural de los yacimientos del lecho marino. La estructura de una plataforma marina fija al fondo del océano está constituida de acero, compuesta de marcos, vigas, columnas, arriostramientos, elementos diagonales y puntales principalmente; que dan soporte a los diferentes equipos, herramientas y personal que desarrolla la explotación de hidrocarburos costa afuera. Su comportamiento estructural está gobernada por la rigidez de todos sus miembros estructurales. Asimismo, la transmisión de todas las cargas ambientales, gravitacionales y accidentales que sufrirá la estructura durante su vida útil que serán transmitidos directamente al suelo marino a través de su sistema s istema de cimentación. Las plataformas marinas de acero tipo Jacket se caracterizan por encontrarse desplantadas sobre el suelo marino extendiendo su estructura hasta por encima de la superficie del NMM. La denominación de tipo Jacket (camisa) se le da debido a que sus piernas (elementos estructurales tubulares de acero) alojan a sus cimientos (pilotes de acero), que son los encargados de proporcionar el sustento para la estructura formando un sistema de protección o camisa. Una plataforma marina fija se divide principalmente en tres partes: la cimentación a base de pilotes de fricción, la Subestructura que es lo que le da soporte a la Superestructura, siendo esta última parte lo que da soporte a su vez, a los diferentes equipos y módulos para la perforación, extracción y bombeo de los hidrocarburos principalmente.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Fig. 1.1 PLATAFORMAS MARINAS TIPO JACKET
1.2.
CLASIFICACIÓN DE PLATAFORMAS PLATAFORMAS MARINAS MARINAS TIPO JACKET JACKET (SEGÚN SU USO)
Para la extracción del petróleo mediante técnicas de perforación en el mar, se emplean diferentes tipos de plataformas marinas, las cuales se clasifican en 2 tipos; por su estructuración (No. de piernas) y el tipo de servicio que ofrecen. La
tabla 1.1 muestra las distintas clasificaciones de las plataformas existentes:
Tabla 1.1. CLASIFICACIÓN DE PLATAFORMAS TIPO JACKETS
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Los complejos de producción son por lo general, un grupo de plataformas fijas comunicadas entre sí por medio de estructuras (puentes), que permiten el tendido aéreo de tuberías que transportan los hidrocarburos, así como el libre acceso del personal que ahí labora. Un complejo normalmente está integrado como lo muestra la figura 1.2.
Fig. 1.2. ESQUEMA CONCEPTUAL DE LAS DIFERENTES PLATAFORMAS QUE EXISTEN EN UN COMPLEJO.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
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1.2.1. PLATAFORMAS DE PERFORACIÓN Este tipo de plataformas debe contar con los elementos necesarios para poder realizar la labor de perforación de pozos para la extracción del crudo. La plataforma de perforación aloja a la paquetería y torre de perforación mediante el cual se perfora el pozo. Este tipo de plataformas dispone casi siempre de 12 conductores de 30" de diámetro, así como de un equipo compuesto por varios paquetes de perforación. El número de pozos lo determinan las Bases de Usuario provistas por PEP. Cuando se encuentra debidamente instalada la Superestructura, se procede a marcar sobre las cubiertas las zonas donde van a estar localizados los paquetes de perforación, mismos que deberían de colocarse en tres niveles: inferior, intermedio y superior sobre cubierta. La paquetería a la que se hace referencia son los equipos básicos para una plataforma de perforación, éstos lo conforma el módulo habitacional, el módulo de compresión, el módulo de generación, deshidratadoras, turbobombas, etc. El peso estimado de una plataforma de este tipo es de 3,000 toneladas (6,600 kips), que incluye las tres partes principales de la plataforma (Sub y Superestructura y pilotes) sin equipo de perforación. Dentro de las plataformas de perforación, existen las plataformas satélites, llamadas así por encontrarse alejadas del complejo de producción, puede ser cualquiera de las plataformas fijas que contenga pozos en explotación: es decir, que estén conectadas al complejo de producción mediante líneas submarinas.
ITESCO Elaboró: Ritchie DanielFiOrtiz . 1.3.Rodríguez PLATAFORMA PLATAFORMA DE PERFORAC PERFORACIÓN IÓN
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.2.2. PLATAFORMAS DE PRODUCCIÓN Su primordial función consiste en separar el gas del crudo y bombear este último a tierra o hacia una plataforma de rebombeo. Las plataformas de producción instaladas en la Sonda de Campeche están diseñadas para procesar una cantidad del orden de 160 mil barriles por día, producción que se recibe de la plataforma de enlace a través de ductos. El crudo extraído del yacimiento es común que venga acompañado de agua y gas, los cuales es recomendable separarlos cercanos al área de producción con el fin de distribuirlos para su comercialización o refinación con un menor riesgo. Estas plataformas cuentan con equipos de separación de tres fases, lo que quiere decir que separan el gas, agua y crudo. Dependiendo del tipo y la cantidad de crudo se hace intervenir un segundo separador de segunda etapa. Esta separación se efectúa por medio de golpeo del fluido, durante el proceso, se inyectan productos químicos en el flujo de crudo para evitar la espuma así como la corrosión y su fácil separación.
Fig. 1.4. PLATAFORMA DE PRODUCCIÓN
1.2.3. PLATAFORMAS DE COMPRESIÓN Normalmente cuentan con cuatro módulos de compresión de gas con capacidades que normalmente se encuentran en los 90 MPCD, de los cuales tres se encuentran trabajando permanentemente y uno permanece en espera o en
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
mantenimiento, así una plataforma de compresión tiene una capacidad de compresión de alrededor de 270 MPCD. Además del equipo de compresión, la plataforma cuenta con una planta deshidratadora y endulzadora para convertir el gas amargo y así aprovecharlo como combustible en sus equipos de generación y compresión.
1.2.4. PLATAFORMAS DE ENLACE Su función, como su nombre lo indica, es servir de enlace entre plataformas de perforación y producción. Este tipo de plataforma tiene la función de recibir toda la producción de crudo o gas de un determinado número de plataformas de perforación y enviarlo a la de producción. Una vez que está procesado, regresa separado (crudo y gas) a la plataforma de enlace para que finalmente se envíe a un buque tanque para su almacenamiento o a tierra firme para almacenarlo o refi narlo. Toda esta recepción y envío se hace a través de ductos submarinos, así como cabezales de distribución y algunos equipos especializados ubicados en este tipo de plataformas.
Fig. 1.5. PLATAFORMA DE ENLACE
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.2.5. PLATAFORMAS DE REBOMBEO La función específica de este tipo de plataformas marinas, es aumentar la presión y capacidad de transporte de crudo, por ello, se colocan entre las plataformas de enlace y la costa. Esto se logra con turbinas de gas, que accionan las bombas instaladas en las plataformas.
1.2.6. PLATAFORMAS HABITACIONALES Debido a que los equipos instalados en las plataformas necesariamente tienen que ser operados por técnicos y personal especializado, es necesario instalar una plataforma que dé alojo y servicios a este personal. Las plataformas habitacionales soportan módulos de vivienda, estos módulos tienen la función de dar alojamiento al personal que labora en todas las instalaciones costa afuera. Este tipo de plataformas cuentan con todos los servicios básicos necesarios para el descanso y confort del personal. Los servicios principales con los que cuenta una plataforma habitacional son: helipuerto, sala de televisión, control de vuelos y embarques, dormitorios, baños, cocinas, comedor, clínicas médicas, gimnasio, aire acondicionado, bibliotecas, oficinas administrativas, etc. Además este tipo de plataformas son autosuficientes, generan, a través de plantas de tratamiento, agua dulce y tratan las aguas negras para poder verterlas al mar. Semanalmente una embarcación provee de alimentos perecederos a las plataformas y recolecta los residuos sólidos.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Fig. 1.6. PLATAFORMA HABITACIONAL
1.2.7. PLATAFORMAS DE TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES Estos trípodes soportan la torre de comunicaciones junto con su módulo, también aloja los radares, pudiendo desarrollar alguna otra función de servicios que no peligre con la tarea de dar comunicación entre las instalaciones costa afuera, el personal e instalaciones en tierra. Las comunicaciones telefónicas entre plataformas se basan en un sistema de microondas. Además de lo anterior, las plataformas de comunicaciones también están provistas de sistemas de radar que manda sus señales a una pantalla maestra, con la finalidad de tener un control de todas las embarcaciones que salen o llegan a la Sonda de Campeche y evitar colisiones con plataformas y se produzca alguna ruptura en los ductos submarinos
Fig. 1.7. PLATAFORMA DE TELECOMUNICACION
por un mal manejo de las embarcaciones.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.2.8. PLATAFORMAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA Las plataformas actualmente cuenta con una capacidad de generación de 72 megawatts, energía que se utiliza para operar el equipo de bombeo multifásico para el manejo de crudo en tres plataformas, además de realizar el bombeo centrífugo en cinco plataformas más del activo.
Fig. 1.8. PLATAFORMA DE GENERACIÓN ELECTRICA
1.3.
ANÁLISIS ESTRUCTURAL, CONSTRUCCIÓN Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE PLATAFORMAS JACTKETS
Dado que nuestro estudio va a consistir en el análisis del comportamiento dinámico de una estructura Jacket, es de interés describir más detalladamente este tipo de estructura. Como se ha comentado, 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 económico para profundidades menores a 100 m. Se compone principalmente de 3 elementos estructurales:
Cubierta. Puede ser modular o integrada. Formada por entramado de barras y placas para formar un suelo. Soportan cargas de equipo de
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
operación, de servicios requeridos por el personal, etc., dependiendo de la función o uso de la estructura.
Torre. Sus funciones son soportar las condiciones ambientales, recibir la carga de la cubierta y transferirla a la cimentación, así como servir de soporte para otro tipo de elementos y subestructuras que existan debido al uso que se le esté 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.
Cimentación. Se compone generalmente de pilotes metálicos 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 diámetro exterior del pilote debe ser inferior al diámetro interior de la pata, o también se puede fijar el pilot e al pilar haciéndolo pasar a través de unos conectores soldados al pilar.
Fi . 1.9. CIMENTACIO CIMENTACIONES NES DE PLATAFOR PLATAFORMAS MAS JACKETS JACKETS
1.3.1. DIRECTRICES PARA EL DIMENSIONAMIENTO INICIAL DE LA ESTRUCTURA Para pasar a analizar y comprobar la estructura Jacket hay que partir de un primer diseño. En este primer paso se tiene en cuenta la existencia de diseños de plataformas ya construidas en condiciones ambientes similares o en su defecto, Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
pág. 19
Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
fijar una configuración inicial siguiendo unos determinados principios basados en la experiencia en este campo de las estructuras. Generalmente se comienza con la elección del tamaño de los pilotes, a partir de él 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. A continuación pasamos pas amos a presentar pres entar una serie s erie de directrices d irectrices tenidas en cuenta en el dimensionamiento de los elementos estructurales, las cuales están recogidas en el manual “Handbook of offshore engineering”. a) La altura total de la estructura debe ser mayor que la altura máxima 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. b) Elección del pilote. Se debe seleccionar el diámetro exterior y el espesor de pared. El rango de diámetros exteriores de pilotes comúnmente 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 corrosión. Además hay que determinar la profundidad o longitud de pilote, para lo que se requiere el conocimiento aproximado de los esfuerzos máximos actuando sobre los pilotes. La longitud del pilote se calcula teniendo en cuenta que la capacidad de carga
del pilote debe ser igual o superior al axil extremo sobre el pilote,
afectado por un coeficiente de seguridad igual a 1.5 para diseños de carga según la norma API RP2A.
La capacidad de carga de un pilote se define de la siguiente manera:
∫ Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Dónde:
Fig. 1.10. LONGITUD DEL PILOTE FRENTE LA CAPACIDAD DE CARGA
Una vez conocido las propiedades del pilote y el estudio geotécnico del terreno, se puede elaborar una tabla de capacidad de carga del pilote como muestra l a figura 1.10. Entrando en la tabla con la carga de diseño que debe soportar el pilote, se obtiene la longitud del pilote.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
c) Configuración de la estructura Jacket. Hay una amplia variedad de formas en cuanto a la disposición 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
figura 1.11.
Fig. 1.11. CONFIGURACIÓN DE ESTRUCTURAS JACKETS
El tipo tipo 1 es el patrón K, el cual presenta pocas barras conectándose 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 sísmicas.
Los tipos 2 y 5 corresponden al patrón patrón V, que presentan pocas barras conectándose en las juntas y carecen de redundancia y simetría. Es un patrón poco usado y no recomendado.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
El tipo 3 es el patrón N, de características similares a los dos dos anteriores y tampoco es recomendado.
El tipo 4 es el patrón V más más X de uso muy común. común. Este tipo tipo presenta simetría, redundancia y mejor ductilidad, y su única desventaja es el alto número de barras que conectan en las juntas.
El tipo tipo 6 es el patrón X, con el cual se consigue consigue mayor ductilidad ductilidad y mejor mejor resistencia ante cargas sísmicas.
d) Elección barras verticales principales. El diámetro interior debe ser 3-4 in (0.076-0.102 m) mayor que el diámetro 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 corrosión y uno mayor es complejo de fabricar. e) Elección barras horizontales y diagonales. Se tienen en cuenta las siguientes directrices: Una relación de aspecto
para tener un buen
comportamiento de rigidez, siendo:
donde
son las dimensiones mostradas en la figura 1.12.
Fig. 1.12. GEOMETRÍA DEL PATRÓN X
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
La longitud tenida en cuenta dependerá del patrón elegido. Si es el patrón K, se considera la longitud total de la barra L, y si es el patrón X se considera una longitud L 2.
√ El radio de giro para tubos de pared delgada se considera: r = 0.35D, siendo D el diámetro de la barra.
.
Se toma el espesor de pared en función del diámetro exterior exterior nunca menor rango
Una relación relación de diámetros entre estas barras y las las principales
estando la relación entre ambas
.
en el
Para evitar la aparición de problemas hidrostáticos cumplir cumplir la siguiente restricción, donde
es la profundidad de agua, en pies:
⁄ 1.3.2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DISEÑO El procedimiento que rige el diseño de una estructura para las profundidades existentes, consiste básicamente en 5 pasos principales. Los pasos del 2 a 4 se ejecutan para 6 etapas que se presentan a lo largo de su vida útil.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Fig. 1.13. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PAR LAS DIVERSAS ETAPAS DE LA VIDA DE UNA PLATAFORMAS
1.3.3. CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEÑO Durante el diseño de una estructura de esta naturaleza deben considerarse todos los tipos de carga probable, así como sus combinaciones más desfavorables. Podría pensarse que las cargas que se presentan en la condición de oleaje de tormenta rigen por sí solas el diseño global de la estructura, o aquellas presentes en la condición de transportación. Sin embargo, no es así, puesto que el diseño global de la estructura es regido por las cargas que se habrán de presentar en todas y cada una de las condiciones por las que pasará la estructura a lo largo de su vida. Por lo tanto, todas las fases de la vida de la estructura que deben considerarse se pueden clasificar en las siguientes condiciones de diseño:
Condición de operación: Es aquella que se define cuando la plataforma queda fija en el sitio de instalación, se encuentra habitada y brindando el
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
servicio para la cual fue diseñada. Sus condiciones principales son: tormenta, sismo y fatiga.
Condición temporal: Son aquellas condiciones que se presentan de manera temporal en la plataforma: fabricación, arrastre-embarque, transportación de Sub y Superestructura, lanzamiento al mar de la Subestructura, izaje de Sub y Superestructura e hincado de pilotes.
La importancia de las diferentes condiciones de diseño depende de las dimensiones de la estructura, del equipo y maquinaria disponible para su fabricación e instalación y de los parámetros ambientales y geotécnicos en la zona de instalación Las estructuras deben analizarse y diseñarse para todas las condiciones de carga que se presentan durante toda su vida, estos análisis son:
Análisis y diseño por operación y tormenta.
Análisis sísmico a nivel de resistencia.
Análisis a nivel de fatiga.
Análisis espectral de fatiga.
Análisis de embarque.
Análisis de arrastre de la Superestructura.
Análisis de izaje.
Análisis de flotación.
Análisis de estabilidad durante instalación.
Análisis de abandono seguro de la Subestructura.
1.3.4. CARGAS QUE ACTUAN ACTUAN SOBRE LA PLATAFORMA PLATAFORMA JACKET Se puede clasificar en dos tipos de cargas las que afectan directamente a las plataformas, cargas gravitacionales y cargas ambientales, regularmente éstas cargas se emplean en el análisis para dos condiciones de carga: para operación y para tormenta.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Se dice condición de operación cuando la plataforma se encuentra habitada y dando el servicio por la cual fue diseñada y condiciones climatológicas normales; condición de tormenta es cuando las condiciones climatológicas son de mal tiempo (tormenta/huracán) por lo tanto sus equipos dejan de funcionar y por reglamentación debe desalojarse.
Fig. 1.14. CARGAS QUE ACTUAN SOBRE UNA PLATAFORMA TIPO JACKET
1.3.4.1.
CARGAS GRAVITACIONALES
Las cargas gravitacionales que se consideran actuando en la Superestructura de una plataforma marina, están integradas, dependiendo su permanencia, en carga muerta, carga viva, carga de equipo y tuberías.
CARGA MUERTA
Como carga muerta se considera el peso propio de la estructura, el cual se integra por el peso de los elementos principales y secundarios que forman al modelo estructural de la Superestructura, los cuales contribuyen en la rigidez y resistencia del sistema estructural. Este peso es determinado por medio de un programa de Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
cómputo (SACS 5.3), con base en las propiedades geométricas de los elementos que integran la estructura, normalmente se considera una densidad del acero de 7850 kg/m³ (490 lb/ft³). La carga muerta también está integrada por la carga no modelada por el programa, que es la rejilla, placa base, barandales, escaleras, es decir, los accesorios de la plataforma. Su peso es calculado haciendo una bajada de cargas gravitacionales y se mete al programa como cargas uniformes repartidas. El peso de los equipos se modela considerando su distribución, indicada en los Planos de Localización General de equipos de la plataforma (PLG's), y se meten al programa como cargas uniformes repartidas (si cuentan con apoyos de patín) o puntuales (si su descarga es directa sobre sus apoyos).
Fig. 1.15. PLANO DE LOCALIZACIÓN DEL EQUIPO EQU IPO
CARGA VIVA
Las cargas vivas son aquellas referidas al personal que labora sobre la plataforma, junto con herramientas, equipo menor y algunos líquidos contenidos en rec ipientes y tuberías; en condición de tormenta, este tipo de carga reduce su magnitud considerablemente ya que la plataforma no labora en estas condiciones (esta reducción se debe contemplar para los análisis de operación y tormenta). Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
ITESCO
pág. 28
Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Para efecto del análisis local de la Superestructura se considera una densidad de carga viva de acuerdo a la distribución de áreas, como son áreas de carga y descarga, y áreas destinadas para tránsito de personal.
1.3.4.2.
CARGAS AMBIENTALES
Las cargas ambientales dependen de las condiciones meteorológicas y oceanográficas de cada región, para el caso de las plataformas fijas instaladas en el Golfo de México, donde las estructuras son relativamente pequeñas o son instaladas en aguas someras, las cargas generadas se consideran como fuerzas estáticas actuando sobre la estructura. Las cargas ambientales que actúan sobre una plataforma y se contemplan para los diversos análisis son:
carga por oleaje.
carga de corrientes marinas.
carga por viento.
así como fuerzas hidrostáticas.
Fig. 1.16. CARGAS AMBIENTALES ACTUANTES SOBRE UNA PLATAFORMA TIPO JACKET
La aplicación de estas cargas ambientales, se analiza en tres direcciones de incidencia consideradas como críticas, espaciadas a cada 45°, como se muestra en la figura 1.17. Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Fig. 1.17. DIRECCIONES DE INCIDENCIA DE CARGAS AMBIENTALES
CARGAS DE OLEAJE
Las cargas generadas por el oleaje se calculan asumiendo que entre la estructura y el oleaje del mar no existe una interacción dinámica. Considerando que la plataforma es proyectada en aguas someras, los efectos dinámicos pueden despreciarse y hacer una formulación simple por medio de alguna teoría de oleaje. Las principales teorías de oleaje que se manejan en el diseño de plataformas marinas son: o
Stream Fuction.
o
Stokes de 5° orden.
o
Ola de Linear/Airy.
La altura de la cresta se determina a partir de la altura de ola para resistencia última. La altura de la cresta debe calcularse a partir de la teoría de oleaje que corresponda, de acuerdo a lo recomendado en el API RP 2A-WSD, Sección 2.3.1b. (21ª Edición). El tirante máximo de agua es calculado considerando las
alturas de las mareas astronómicas y de tormenta:
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
El periodo de ola aparente es calculado considerando el efecto Doppler de las corrientes sobre el oleaje. Tal fenómeno determina que las corrientes en la dirección del oleaje tienden a estrechar la longitud de ola, mientras que las corrientes en oposición tienden a acortarla. Para el caso simple de una propagación de ola sobre una línea uniforme de corrientes, el período de ola aparente visto por un observador en movimiento con las corrientes, puede determinarse con la figura 1.18.
Fig. 1.18. EFECTO DOPPLER DEBIDO A CORRIENTES PERMANENTES
PARAMETROS HIDRODINAMICOS ADICIONALES
Para el cálculo de fuerzas hidrodinámicas de oleaje, se pueden determinar por medio de la ecuación de Morison:
( )
Donde
es la velocidad de la corriente en la superficie (0% de profundidad)
asociada con la ola, Golfo de México),
f es el coeficiente de cinemática de la ola (0.85 para el es el factor de bloqueo de la corriente para la
Subestructura tomado del API RP 2A-WSD, Sección 2.3.1b. (21ª Edición) y es la Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
densidad del agua (104.99 m∙s/m4, a nivel del mar e incluye la aceleración). El
coeficiente de arrastre
, tendrá una variación lineal respecto a la profundidad,
tomando un valor de 0.0 en la superficie (elevación de la cresta) y un valor máximo a una profundidad de Vc²/g (medida a partir de la elevación de la cresta); en esta relación,
es la velocidad de partícula de la ola en la cresta.
CARGAS POR CORRIENTES MARINAS
Las corrientes marinas son debidas a tres factores principalmente, constituidas por los cambios de densidad del agua de mar, variaciones del tirante de agua por mareas y generadas por el viento. También se considera las cargas por mareas, existen dos tipos de mareas, las de tormenta y las astronómicas; ésta última depende de la atracción que ejerce la luna y el sol sobre los mares. Las mareas de tormenta son generadas principalmente por el empuje del viento sobre la superficie del mar. Se debe considerar la presencia de ambos tipos de marea para las condiciones de cargas ambientales, por medio de la suma de sus alturas respecto al NMM.
Fig. 1.19. GRAFICA ILUSTRATIVA DE LA VARIACIÓN DE Cd Y DEFINICIÓN DE ELEVACION DE CRESTA
CARGAS POR VIENTO
El viento ejerce presiones en las porciones de la estructura encima del NMM y en los equipos de la plataforma. La velocidad del viento se clasifica en ráfagas con periodos que varían en duración: ráfagas de viento que promedia menos de un minuto de duración, y viento sostenido que promedia un minuto o más de duración. Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Se aplican empujes por viento en direcciones correspondientes con el oleaje, sobre las áreas expuestas de equipo, paquetería y elementos estructurales localizados por arriba de la superficie descrita por el perfil de la ola. Debido a que la altura de la Superestructura es aproximadamente de 120 ft (36.5 m), no se considera la variación de la velocidad del viento con respecto de la altura, utilizándose velocidades constantes. Para convertir el efecto del viento en presión se cuenta con un análisis dinámico aceptado por las normas.
1.3.5. COMPROBACIÓN DE LA ESTRUCTURA Atendiendo a las indicaciones reflejadas en el manual “Handbook of offshore engineering ” tras modelar y calcular la estructura Jacket se deben realizan las
siguientes comprobaciones: o
Com pro bación del p erí odo natu ral de vibración. Una
vez obtenida la
frecuencia natural mínima global de la estructura, a partir de su inversa, se obtiene el período natural de vibración
Dicho período debe alejarse
del período promedio del espectro De oleaje y evitar una amplificación de las cargas dinámicas. Concretamente, en aguas someras una estructura Jacket posee un bajo
, del orden de 4 s en una profundidad inferior a 800
ft (243.84 m), que está alejado del período promedio de un espectro de oleaje en condiciones extremas que suele estar en el rango 12-14 s. o
Compro bación bación d e flecha flecha . Los
desplazamientos máximos horizontales de
la estructura deben ser inferiores a 2-3 pulgadas (0.05-0.076 m). o
Comprobación
de
resistencia
y
estabilidad .
La
comprobación
fundamental de resistencia y estabilidad para elementos estructurales de sección uniforme sometidos a esfuerzos axil y de flexión según la norma AISC ASD (1989) se realiza mediante el uso de la tensión admisible definida en la sección 1.5 de la norma AISC y las ecuaciones de interacción siguientes:
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Dónde:
1.4. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA JACKET 1.4.1. FASE DE CONTRUCCIÓN
La construcción de estructuras jackets incluye las siguientes fases de trabajo:
Adquisición. Las actividades técnicas y comerciales necesarias para el suministro de los materiales y productos especializados que permitan la ejecución de las actividades de construcción.
Fabricación. Los procesos que normalmente se llevan a cabo en los talleres de fabricación para la producción de unidades relativamente pequeñas. Así pues, el trabajo de taller incluye procesos tales como corte, laminación, estampación, ajuste, soldeo, tratamiento para la atenuación de tensiones efectuados sobre artículos tales como elementos tubulares soldados, vigas, nudos, viguetas, conos, apoyos, abrazaderas, etc.
Montaje. Se trata del proceso que normalmente se efectúa fuera del taller de fabricación pero a nivel del suelo con c on el fin de montar grupos de artículos artículo s
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
fabricados en el taller y formar una unidad (montada) para su subsiguiente elevación de acuerdo con una secuencia de construcción.
Elevación. Consiste en el proceso necesario para instalar los artículos montados y fabricados en el taller junto con su configuración final. Estos procesos incluyen el ajuste y el soldeo. No obstante, los aspectos que se enfatizan son el trasporte y levantamiento de montajes pesados.
1.4.2. FILOSOFÍA DE LA CONTRUCCIÓN El diseño de una estructura jacket, levantada, lanzada o auto flotante, se determina fundamentalmente en base tanto a los equipos disponibles para el montaje en el mar como a la profundidad del agua en el emplazamiento elegido. Por regla general, el método preferido consiste en colocar la estructura en su lugar mediante levantamiento. La magnitud de las estructuras jackets colocadas de esta manera ha aumentado a medida que ha crecido la capacidad de carga en el mar. Con la capacidad de carga actual, que alcanza las 14.000 toneladas, las jackets que se aproximan a este orden de magnitud son candidatas para la colocación mediante levantamiento. En el caso de las jackets destinadas a aguas poco profundas, donde la altura es del mismo orden que las dimensiones de planta, la elevación se efectúa normalmente en vertical, es decir, en la misma posición que el montaje final. Este tipo de estructuras pueden levantarse o deslizarse a bordo de la barcaza. Normalmente, las jackets destinadas a aguas profundas se montan sobre su costado. Este tipo de estructuras se izan a bordo de la barcaza mediante deslizamiento. Históricamente, la mayor parte de las jackets de gran tamaño se han lanzado desde la barcaza. Este procedimiento de construcción incluye normalmente tanques de flotación adicionales y una gran cantidad de tubos y valvulería que permitan la inundación de los pilares para el lastrado de la estructura con el fin de que adopte una postura vertical en el emplazamiento. Actualmente este método deconstrucción resulta aplicable para jackets de hasta Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
25.000 toneladas. Las jackets de tamaño muy grande, superior a esta cantidad, se han construido como unidades auto-flotantes en dique seco y remolcado hasta el emplazamiento marino tras inundar el dique. A la hora de considerar la filosofía de la construcción y la estrategia contractual, los objetivos de cumplimiento de los requisitos de calidad y la eficacia tienen una importancia fundamental. Una tercera consideración básica consiste en que el riesgo aumenta con cada etapa progresiva. Estas tendencias generales durante la construcción se muestran en la tabla 1.2.
Tabla 1.2 FASE Y CARACTERÍSTICAS DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN JACKET
Por lo tanto, resulta evidente que, como principio general, se debe emprender la mayor cantidad posible de trabajo en las primeras etapas del diseño, más productivas, de mayor calidad y menos arriesgadas. Algunos de los principios que reducen tanto el tiempo como el coste de la construcción son:
La subdivisión subdivisión en componentes y módulos del mayor tamaño posible posible para la fabricación y el montaje.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
La fabricación concurrente de los componentes principales en el
emplazamiento más favorable y bajo las condiciones más favorables aplicables a cada componente.
La planificación del flujo flujo de de llegada llegada de los componentes al lugar de montaje. El suministro de las instalaciones y equipos adecuados para el montaje, incluyendo artículos tales como varaderos con varios cabestrantes de izada y grúas para levantamientos pesados.
Simplificación de configuraciones y homologación de detalles, detalles, calidades y magnitudes. Evitar tolerancias excesivamente estrictas
Selección de sistemas estructurales que utilicen técnicas técnicas y oficios de una manera relativamente continua y uniforme. Evitar los procedimientos que se muestren excesivamente sensibles a las condiciones meteorológicas; asegurar que los procesos que son sensibles a las condiciones meteorológicas, por ejemplo el revestimiento de protección, se completen durante la fabricación en el taller.
La gestión de la calidad es un componente co mponente vital e integral de todos los aspectos asp ectos de la fabricación de estructuras jacket. Su objetivo consiste fundamentalmente en garantizar que se produce aquello que es necesario. Los requisitos para la documentación, puntos de retención, auditorías, inspecciones y acciones correctivas son parte del proceso de la garantía de calidad. Constituyen herramientas cruciales para el control de la ejecución del diseño y para el suministro de evidencias verificables de la competencia del fabricante. El control de calidad, la inspección y los ensayos se deben efectuar durante todas las fases de construcción con el fin de asegurar que se cumplen los requisitos especificados. El programa de calidad más eficaz es aquel que evita la introducción de materiales y trabajo del hombre defectuosos en las estructuras, en lugar de localizar los problemas después de que se hayan producido.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.4.3. INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE JACKETS La ingeniería de la ejecución, “ingeniería de la construcción”, implica el trabajo
necesario durante cada fase de la ejecución para asegurar que se cumplen los requisitos del diseño. La etapa del diseño de la estructura jacket encarna un método general de ejecución. Puesto que el perfil de la estructura, forma y propiedades requieren unos métodos de izado a bordo, transporte marítimo y montaje (actividades de construcción ejecutadas bajo la responsabilidad del fabricante), bastante específicos, existe una considerable interrelación por parte de los requisitos de ingeniería durante estas fases. Durante las primeras etapas, por ejemplo desde la adquisición hasta el montaje y la elevación, el fabricante, si bien dentro de los límites de los requisitos de las especificaciones del diseño, tiene libertad de elección con respecto al método exacto de ejecución que desee adoptar. No obstante, el contratista está obligado en todas las fases a demostrar que los métodos que adopte son compatibles con los requisitos de las especificaciones y que no afectan a la integridad de la estructura. Cada una de las fases de la ejecución tiene sus propios requisitos de ingeniería determinados por el proceso ejecutado durante esa fase. Estos procesos incluyen desde los que son en gran medida repetitivos, en las primeras etapas de la ejecución, hasta las actividades de una sola acción de las últimas fases. Por lo tanto, las labores de ingeniería que respaldan la adquisición y el trabajo de taller son voluminosas, aunque repetitivas, como, por ejemplo, recepción del material, planos para taller, planos para el corte, etc. Las fases del montaje y erección están respaldadas por una mezcla de actividades de ingeniería repetitivas como, por ejemplo, andamiaje, así como por estudios específicos para series de actividades limitadas. Normalmente el volumen de la ingeniería de construcción de un fabricante en el caso de una estructura jacket de gran tamaño es de130000/150000 horas.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
A la hora de diseñar componentes de mayor tamaño, se debe considerar subdividirlos en elementos que no sufran alteraciones una vez fabricados y que puedan
montarse
con
relativa
facilidad,
sin
problemas
de
soldadura/dimensionales.
1.4.4. PROCESO DE FABRICACIÓN El diseñador es quien determina las normas para la fabricación de las estructuras jackets. Generalmente, estas normas nor mas se basan en uno o más de los reglamentos de amplia difusión, mientras que los requisitos adicionales los dictan el diseño específico, las normas del cliente, reglas estatutarias, etc.
Fig. 1.20. UNIONES TUBURALES SOLDADAS; SOLDEO POR ARCO VOLTAICO CON PROTECCIÓN
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Es necesario disponer de los procedimientos de soldadura, que deben detallar las clases de acero, el diseño de la unión, fungibles para las soldaduras, etc. Normalmente las soldaduras se someten a una inspección 100% visual, por partículas magnéticas (PM) y por ensayos ultrasónicos (EU). Los criterios para la aceptación de soldaduras, por ejemplo, la longitud máxima de la mordedura marginal (t/2 o 10 mm) y la profundidad máxima (t/20 o 0,25 mm) implican una calidad extraordinariamente elevada de ésta. Además, todos los soldadores deben tener una cualificación, que debe certificarse, acorde con el tipo de trabajo que se les asigne. Cuando se descubra una soldadura defectuosa, ésta debe rectificarse mediante pulido, labra o soldeo, según sea necesario. Las soldaduras que presenten una resistencia, ductilidad o resiliencia insuficientes deben eliminarse completamente antes de proceder a la reparación. En general, los submontajes se ejecutan de manera que al menos uno de los dos cantos que se acoplarán durante el montaje/elevación subsiguiente tenga una tolerancia por exceso en cuanto al recorte. Este procedimiento proporciona flexibilidad en el sentido de que es posible enviar los submontajes al emplazamiento con la tolerancia para el recorte y recortarse de manera que se ajusten en el emplazamiento. Alternativamente, también pueden cortarse a las dimensiones exactas durante el submontaje cuando las dimensiones finales ya se hayan determinado.
1.4.4.1.
FABRICACIÓN DE NUDOS
Frecuentemente, los nudos principales de las estructuras son geométricamente complejos. Debido a ello, su fabricación plantea problemas específicos, especialmente desde el punto de vista de la soldadura y del control dimensional. En el caso de una estructura jacket compleja, el diseñador puede especificar los módulos tubulares de los nudos, o el nudo en su totalidad incluyendo los muñones y los rigidizadores circulares, en un material que tenga unas propiedades específicas en toda la sección de su espesor. Este requisito se introduce como Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
consecuencia de los efectos de perforación o de desgarro que es probable que soporten estos elementos durante su vida prevista y, desde luego, durante el trabajo de taller. El diseñador también puede “engordar” o reforzar los módulo s
tubulares con el fin de que resistan las tensiones locales. Finalmente, en un esfuerzo por asegurar que las soldaduras del nudo contengan niveles mínimos de tensión residual debida a la fabricación, se prescribe la relajación de las tensiones térmicas o el tratamiento térmico posterior a la soldadura (TTPS). Éste es, con frecuencia, un requisito que se aplica a las jackets del Mar del Norte con paredes de gran espesor. El proceso de fabricación típico de un nudo convencional, suponiendo que el módulo tubular (con o sin rigidizadores circulares) ya ha sido fabricado, comienza con el trazado del perfil de los muñones y finaliza con la inspección mediante ensayos ultrasónicos del nudo acabado y sometido al tratamiento térmico posterior a la soldadura. Las etapas intermedias pueden efectuarse de diferentes maneras, algunas de las cuales dependen de la geometría específica del nudo y otras muchas de las preferencias del fabricante. Algunos fabricantes prefieren una orientación vertical del módulo tubular, afirmando que esto permite la fijación simultánea de un mayor número de muñones. No obstante, la mayor parte de los fabricantes tienden a ajustar los muñones a un tubo principal colocada sobre rodillos horizontales. Las etapas de fabricación de un nudo típico son las siguientes: Trazar generatrices, puntos de aplicación, etc., sobre el módulo tubular. Cortar y perfilar los muñones. Retocar de biseles y trazo de generatrices sobre los muñones. Trazar los emplazamientos de los nudos sobre la superficie del módulo tubular y rectificación de superficies. Efectuar ensayos ultrasónicos de las áreas limpiadas con el fin de asegurar que el acero está libre de pliegues de laminación. Se debe tener especial cuidado en aquellos casos en los que las deformaciones de retracción en la
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
dirección a través del espesor puedan ocasionar un desgarro laminar en uniones altamente restringidas. Montar uno o dos muñones adyacentes en el mismo plano sobre el módulo tubular. Soldar por puntos para mantenerlos en esa posición. Verificar el control dimensional y las preparaciones para la soldadura alrededor del muñón. Soldar de acuerdo con la secuencia predeterminada con el fin de limitar la deformación. Efectuar el ensayo por partículas magnéticas sobre las raíces rectificadas. Completar el relleno de la soldadura. Rebajar los cantos de los perfiles si fuera necesario. Rebajar cuidadosamente la soldadura en el metal de base con el fin de eliminar las mordeduras. Dejar que las soldaduras se enfríen. Inspeccionar visualmente las soldaduras acabadas. Efectuar inspecciones por partículas magnéticas y mediante ensayo ultrasónico de las soldaduras acabadas. Repetir las etapas anteriores para los sucesivos muñones. Una vez se hayan ajustado y soldado todos los muñones, efectuar el tratamiento térmico posterior a la soldadura (TTPS) según sea necesario, amolar y rebajar las soldaduras y volver a practicar los ensayos no destructivos (END) a todas las soldaduras. Efectuar todos los recortes necesarios en los módulos tubulares y muñones. Llevar a cabo el control dimensional final del nudo.
1.4.4.2.
SUBCONJUNTOS DE LA JACKET
El submontaje puede considerarse como una etapa intermedia entre el trabajo de taller típico, es decir, nudos, elementos tubulares, vigas, etc., y el montaje o elevación. El aspecto más importante consiste en realizar el mayor número posible de soldaduras en el taller. Esto asegura una calidad de las soldaduras más elevada, puesto que es posible soldar automáticamente o por ambas caras muchos nudos y tubulares.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
A la hora de definir los subconjuntos, los principales principal es factores que se han de tener en cuenta son los siguientes:
estos Magnitud/Peso/Dimensiones:
factores están gobernados en gran
medida por consideraciones relativas a la transportabilidad.
Secuencia de la Soldadura: los
subconjuntos no deben implicar una
secuencia de soldadura difícil que provoque deformaciones o tensiones inducidas durante la soldadura del subconjunto o el montaje o erección subsiguientes.
: ciertos Viabilidad
procesos pueden presentar dificultades de construcción
específicas asociadas a ellos como, por ejemplo, ciertos rellenos cortos, de gran diámetro, resultan difíciles de montar verticalmente y es mejor incluirlos en los subconjuntos siempre que resulte posible.
1.4.4.3.
CONTROL DIMENSIONAL
La razón principal para la exigencia de un control dimensional tan preciso de los nudos y tubulares durante la fabricación no es debida a las consecuencias estructurales de una situación de fuera de tolerancias, sino que es debida a la posibilidad de que las partes no encajen en el astillero Una de las incongruencias más molestas del concepto de las estructuras jackets tubulares de acero consiste en que las tolerancias con respecto a la excentricidad de los muñones de los nudos son amplias desde el punto de vista estructural, mientras que las tolerancias reales son muy estrechas debido a consideraciones relativas al ensamblaje de los componentes durante fases subsiguientes de la construcción. El control dimensional del trabajo de taller de los nudos en particular implica cálculos en el taller potencialmente intrincados. No obstante, los sistemas más exitosos simplemente se limitan a la inclusión en los planos de taller de varias Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
medidas adicionales de “verificación” y del marcaje correcto de las generatrices y
descentramientos de los módulos tubulares de los nudos y de las generatrices de los muñones.
1.4.4.4.
CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES
La cimentación de la estructura jacket se lleva a cabo mediante pilotes tubulares de acero, de diámetros 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. Básicamente, existen tres tipos de disposición de pilotes ( Figura 1.21).
Fig. 1.21. TIPO DE CIMENTACIÓN PARA JACKETS CON TÉCNICA DE PILOTAJE CONVENCIONALES Y NUEVAS
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.4.4.4.1. RESISTENCIA DE APOYO DE LOS PILOTES
La resistencia a la carga axial es necesaria tanto para el aplastamiento como para la tracción. El pilote acumula tanto rozamiento superficial como resistencia al aplastamiento. La resistencia del pilote a la carga lateral es necesaria para la contención de las fuerzas horizontales. Estas fuerzas originan una flexión significativa del pilote cerca del lecho marino. El número, disposición, diámetro y penetración de los pilotes dependen de las cargas del entorno y de las condiciones del módulo en el emplazamiento.
1.5.
INSTALACIÓN DE ESTRUCTURA JACKET
El transporte se efectúa a bordo de una barcaza de cubierta plana o, si fuera posible, sobre la cubierta del buque grúa. Es necesario sujetar el módulo a la barcaza con el fin de que resista el movimiento de la barcaza en aguas embravecidas. El concepto de la sujeción durante la travesía lo determinan las posiciones de la estructura del módulo, así como los “puntos fuertes” de la
barcaza.
1.5.1. ESTRUCTURAS JACKETS INSTALADAS CON GRUAS La estructura jacket se construye en posición vertical (jackets más pequeñas) u horizontal (jackets más grandes) en un muelle del emplazamiento de fabricación. La estructura se iza y sujeta a bordo de una barcaza. En el emplazamiento, se fondea la barcaza junto a un buque grúa. Se levanta la estructura de la barcaza, se coloca en posición vertical desde la horizontal en la que estaba y se coloca cuidadosamente sobre el lecho marino. Tras colocar la estructura, se instalan los pilotes en sus alojamientos y se introducen en el lecho marino. La fijación de los pilotes a la estructura concluye el montaje. Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.5.2. ESTRUCTURAS LANZAMIENTO
JACKETS
INSTALADAS
MEDIANTE
La estructura jacket se construye en posición horizontal. Para su izado a bordo de la barcaza de transporte, se coloca sobre rodillos que se deslizan sobre una vía recta de vigas metálicas y se la arrastra para subirla a la barcaza. Una vez en el emplazamiento, se desliza la estructura fuera de la barcaza. Se sumerge profundamente en el agua y posteriormente adopta una posición flotante (Figura 1.22).
Fig. 1.22. LANZAMIENTO DE UNA JACKET
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Se necesitan dos vigas verticales fuertes de celosías y paralelas a la estructura, capaces de absorber las reacciones en el apoyo durante el lanzamiento. Con el fin de reducir las fuerzas y momentos en la estructura La siguiente fase consiste en colocar la estructura en posición vertical por medio del llenado controlado de los tanques de flotabilidad y a continuación se coloca sobre el lecho marino. Hay estructuras jackets con capacidad de colocarse por sí mismas en posición vertical. Lo hacen así tras el lanzamiento. El montaje se completa con el pilotaje y la fijación de los pilotes.
1.5.3. LEVANTAMIENTO EN ALTA ALTA MAR El levantamiento de cargas pesadas desde barcazas constituye una de las actividades de construcción de mayor importancia y espectacularidad, ya que requiere atención a la hora de desarrollar los conceptos. Para estas operaciones son necesarias las llamadas “ventanas meteorológicas”,
es decir, los periodos de condiciones meteorológicas adecuadas.
Fig. 1.23. LEVANTAMIENTO DEL JACKET EN AGUAS PROFUNDAS
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.5.3.1.
BUQUE GRUA
El levantamiento de cargas pesadas en el mar exige el uso de buques grúas especializadas. La figura 1.24 ofrece información sobre un buque grúa típica con dos grúas. La tabla 1.3 presenta una lista lista de algunos de los principales buques grúa.
Tabla 1.3 GRUAS TIPICAS
1.5.3.2.
DISPOSICIÓN DE LA ESLINGAS Y GRILLETES
Para el levantamiento se utilizan eslingas de acero en una disposición de cuatro cables que descansan directamente en el gancho de cuatro puntos del buque grúa. La eslinga más pesada disponible actualmente tiene un diámetro de aproximadamente 350 mm, una carga de rotura de d e aproximadamente 48 MN y una carga útil de seguridad (CUS) de 16 MN. Hay grilletes disponibles con una carga útil de seguridad de hasta 10 MN para conectar los cáncamos (pad eyes)
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
instalados en los pilares de los módulos. Debido al espacio necesario, la unión de más de un grillete al mismo pilar no resulta una opción muy atractiva. Así pues, cuando la carga de la eslinga supera los 10 MN, los muñones (trunnions) se convierten en una opción.
Fig. 1.24. CAPACIDAD DE CARGA PARA BUQUE GRUA GRANDE Y DOBLE
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.6.
RECOMENDACIONES, CÓDIGOS Y NORMAS QUE RIGEN RIGEN EL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DE PLATAFORMAS MARINAS EN MEXICO (JACKETS)
La seguridad, como preocupación de diseño, tiene precedencia sobre todas las otras consideraciones de diseño. La seguridad de cualquier estructura depende, naturalmente, de las cargas subsiguientes; como la plataforma, después de su construcción, siempre estará sometida a cargas y no siempre del modo o manera con que fue diseñada, la definición de las cargas de diseño constituye un problema de estadística y probabilidad; esta parte del problema resultaría bastante subjetiva y produciría diseños extremadamente dispares, si no fuese por los códigos de construcción que se han desarrollado (y que en una forma u otra se usan casi universalmente). Los códigos establecen límites mínimos requeridos o sugeridos en aquellos casos en que la seguridad constituye un factor importante por ello, a lo largo de este documento, se hace hincapié en seguir las normas de referencia, códigos y manuales sobre el diseño, cálculo, operación y construcción de este tipo de estructuras, ya que la categoría de una plataforma depende de la consecuencia de su falla; en términos generales, esta consecuencia se establece en función de la pérdida de vidas humanas, del impacto ambiental y del impacto económico que representa la falla estructural. Las instalaciones marinas están sujetas a efectos ambientales extremos y a prácticas de operación propias, por lo que deben ser diseñadas o evaluadas de acuerdo con normas y estándares que reflejen estas características locales, así como las condiciones económicas propias del país lo permitan.
1.6.1. NORMAS DE REFERENCIA DE PEMEX Los criterios transitorios de PEMEX son el resultado de aplicar los conocimientos adquiridos por la experiencia en la ingeniería costa afuera dentro del país, así como encausar las investigaciones y registros acumulados durante el desarrollo de las plataformas para definir condiciones de carga, datos hidrodinámicos y condiciones con aplicación particular a esta zona geográfica. Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
PEP cuenta con aproximadamente con más de 300 Normas de Referencias, en las cuales se especifican los criterios con los cuales se debe trabajar la explotación de los hidrocarburos. A continuación se mencionan algunas Normas de Referencia que tienen aplicación directa en el diseño y construcción de las plataformas marinas, que sirven como guías para su correcto diseño, construcción, izaje, transportación, instalación, operación y revisión de las mismas.
1.6.1.1.
“DISEÑO Y EVALUACIÓN DE PLATAFORMAS MARINAS FIJAS EN EL GOLFO DE MÉXICO” M ÉXICO” (NRF-003-PEMEX-2007) (NRF-003-PEMEX-2007)
En su última edición publicada el 5 de Enero del 2008 ,de aplicación general, de carácter obligatorio y como su nombre lo indica, es la principal referencia de PEP, para el diseño y la evaluación de éstas estructuras, señala los lineamientos fundamentales, tales como su categorización basada en la producción, parámetros oceanográficos,
meteorológicos
e
hidrodinámicos,
parámetros
sísmicos,
crecimiento marino, elevaciones mínimas de cubiertas, factores de reserva, propiedades mecánicas del suelo, evaluación por oleaje, entre otros. Esta norma señala los criterios a utilizar en el diseño y evaluación estructural tipo Jacket tomando en cuenta condiciones propias de las instalaciones tales como:
Localización Geográfica.
Solicitaciones Ambientales. (Operación y tormenta)
Solicitaciones Estructurales. (Fatiga, Sismo Factores de Reserva de Resistencia para análisis sísmico y de colapso c olapso por tormenta.)
Estabilidad durante la instalación, operación y en su caso desinstalación.
Los anexos de la Norma, presentan la información meteorológica y oceanográfica de fenómenos extremos (huracanes y tormentas) para diferentes campos y regiones en el Golfo de México, así como la distribución d e frecuencias de la altura de ola significante.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.6.1.2.
“CARGAS, AMARRE, TRANSPORTE E INSTALACIÓN DE PLATAFORMAS COSTA AFUERA” AFUERA” (NRF-041-PEMEX-2007)
En su última edición publicada el 5 de Enero del 2008 ,de aplicación general, de carácter obligatorio y como su nombre lo indica establece los criterios que se deben cumplir en cuanto a diseño y/o revisión estructural de las operaciones de carga, transporte e instalación de una estructura marina, documentación y características de las embarcaciones, características de los equipos, diseño de elementos complementarios o auxiliares, documentación y procedimientos de inspección a la soldadura, planes de seguridad y de contingencia y registros entregables al finalizar los trabajos, así como el cumplimiento de los requerimientos técnicos y de la planeación de las operaciones para la carga, transporte e instalación de las estructuras bajo condiciones de seguridad.
1.6.1.3.
“DISEÑO DE ACCESORIOS ESTRUCTURALES PARA PLATAFORMAS MARINAS” MARINAS” (NRF-173-PEMEX-2009)
En su última edición publicada el 7 de Junio del 2009, de aplicación general, de carácter obligatorio y como su nombre lo indica, ésta Norma de Referencia fija las características técnicas mínimas que se deben cumplir en el diseño de los accesorios estructurales de las plataformas marinas. La mayoría de los accesorios que se tratan en esta norma, fueron descritos en el Capítulo 2.2.4 de este documento, sin embargo la norma señala más lineamientos
para éstos y otros accesorios como:
Defensas de las piernas de la Subestructura.
Atracaderos/embarcaderos y sus defensas.
Guía, el templete y el protector de conductores.
Escaleras.
Sistema de inundación.
Tanques de flotación.
Tapas superiores superiores e inferiores de las piernas de la Subestructura.
Mesa de estrobos. Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Tapas de sellos de las camisas de bombas.
Soportes para camisas.
Soportes para instalación de botes de salvamento.
Apoyos para equipos.
Apoyo de puentes.
Plataformas de acceso.
Trabes carril de polipastos.
Sistema de pisos.
Barandales.
Soportes de quemadores.
1.6.1.4.
“ACERO ESTRUCTURAL PARA MARINAS”” (NRF-175-PEMEX-2007) MARINAS (NRF-175-PEMEX-2007)
PLATAFORMAS
En su última edición publicada el 25 de Junio del 2013, de aplicación general, de carácter obligatorio, establece la referencia aplicable para la fabricación y clasificación de acero estructural a ser utilizado en el diseño, fabricación y montaje de plataformas marinas que operan en el Golfo de México. Los anexos de ésta Norma, contiene las principales características de los diferentes grados de aceros estructurales.
Fig. 1.25. REPRESENTACIÓN ESQUEMATICA DE LOS DIFERENES ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA PLATAFORMA MARINA-JACKET.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1.6.2. PRÁCTICAS RECOMENDADAS RECOMENDADAS PARA LA PLANEACIÓN, DISEÑO DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PLATAFORMAS PLATAFORMAS FIJAS MARINAS Estos documentos constituyen un marco de referencia refere ncia durante la concepción y desarrollo de un proyecto de plataformas. Es la base del Criterio Transitorio para el diseño y evaluación de plataformas marinas fijas, de PEME
1.6.2.1.
RECOMMENDED PRACTICE FOR PLANNING, DESIGNING AND CONSTRUCTING FIXED OFFSHORE PLATFORMSWORKING STRESS DESIGN (API RP 2A-WSD)
Documento en su última edición publica el 2 de Octubre de 2007, contiene y describe los principios básicos que deben tomarse en cuenta en el diseño de plataformas costa afuera, dentro de su contenido describe:
Planeación. o
Sirve como guía para la realización de un proyecto nuevo, y si el caso lo amerita, la reinstalación de una plataforma, ayuda a la selección de la forma de la estructura evaluando las condiciones de operación y servicio de la plataforma.
Criterios de Diseño. o
Establece los criterios de diseño a utilizar utilizar en el diseño estructural de cualquier estructura costa afuera, tomando en cuenta parámetros estáticos y dinámicos de acuerdo a las condiciones de instalación.
Solicitaciones Estructurales. o
Establece los criterios estructurales mínimos mínimos para el diseño de una estructura destinada a trabajar en condiciones costa afuera, entre los elementos que describe esta sección se encuentran las consideraciones siguientes aplicadas a elementos estructurales:
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
1. Compresión Axial. 2. Fuerza Cortante, 3. Momento resistente. 4. Longitudes Efectivas 5. Fuerzas Hidrostáticas. (Elementos sumergidos).
Solicitaciones Ambientales. o
Destaca aquellas cuya importancia es relevante para el diseño de la estructura, como son las cargas ambientales (oleaje, mareas, viento y sismo), estableciendo, recomendaciones y parámetros que deben ser tomados en cuenta en el diseño de las plataformas.
Cimentación de la plataforma. o
Ofrece parámetros de acuerdo a las características del suelo y la determinación de su capacidad de carga, en combinación con los pilotes, así como el diseño de los mismos, considerando aspectos de fabricación, transportación e instalación.
Conexiones y juntas. o
La verdadera resistencia de los elementos estructurales estructurales utilizando las recomendaciones descritas anteriormente, carecen de aplicación si no se tienen conexiones seguras y que resistan las cargas a las cuales estarán sometidos los elementos, finalmente esta sección ofrece recomendaciones para que los elementos cuenten con conexiones resistentes y estables.
Fabricación e Instalación. o
Extiende recomendaciones para cada una de las diferentes diferentes etapas de diseño, construcción, transporte, izaje e instalación de las principales
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
partes constitutivas de la estructura: Subestructura, Superestructura y Pilotes.
Inspecciones. o
Ofrece recomendaciones para el control de calidad, inspección inspección y pruebas que deben ser aplicadas a cada una de las especificaciones establecidas durante el diseño de una plataforma costa afuera.
1.6.3. AMERICAN WELDING SOCIETY (AWS)
La aplicación de este código en el diseño y construcción de las plataformas es fundamental, ya que el 100% de las uniones entre los elementos de la estructura son soldaduras. Este código contiene la descripción de los conceptos involucrados en los procesos de soldadura estructural, así como la simbología de los diversos tipos de soldaduras para su representación en los planos del proyecto.
Fig. 1.26. TIPOS DE SOLDADURAS AWS
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Establece los principales procedimientos para soldadura estructural, tales como arco sumergido, arco metálico protegido y arco metálico en gas inerte con fundente en el núcleo.
1.6.4. AMERICAN SOCIETY SOCIETY FOR TESTING AND AND MATERIALS (ASTM) (ASTM) Este conjunto de normas contiene especificaciones, métodos de prueba, definiciones y clasificaciones, relacionados con los aceros estructurales que se aplican en la construcción de plataformas marinas. Con lo referente a la elaboración de los aceros estructurales, limita su producción a los procesos de oxigeno básico y horno eléctrico; y especifica de igual forma los tratamientos térmicos que deberán aplicarse.
1.6.5. IMCA-INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO MANUAL DE CONSTRUCCIÓN EN ACERO Aunque estas especificaciones son para diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero para edificios, son aplicables al diseño de plataformas marinas de acero. El manual tiene como base el Manual de Construcción en Acero del AISC (American Institute of Steel Construction) . El contenido de este manual se
encuentran definiciones detalladas de las propiedades geométricas y estructurales de perfiles existentes en el mercado estadounidense, especificaciones para diseño elástico y plástico, espesores mínimos de los perfiles (relación ancho/espesor), relaciones de esbeltez, tipo de conexiones, esfuerzos permisibles y fabricación del acero. Las tablas de dimensiones y propiedades incluyen los perfi les más usados y comerciales en el ámbito:
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Capítulo I: Construcción de Estructura Jackets
Ángulos "LI" y "LD". Perfiles "IE", "IR" e "IS". Perfiles "CE" y "CF". Perfil "TR". Tubo circular "OC", "OR" y "OS". Perfil "ZF".
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Capítulo II: Módulos Superiores y
“
su Instalación
”
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Capítulo II Módulos Superiores y su Instalación
“
2.1.
”
ANALISIS DE INGENIERÍA CIVIL
El diseño estructural de la plataforma y sus componentes deberá cumplir con las recomendaciones de diseño indicadas en la Norma NRF-003-PEMEX-2000, aunado a lo indicado en la práctica recomendada API RP-2A WSD,y sus suplementos correspondientes. Los análisis a realizar por el contratista deben contemplar al menos, pero sin estar limitados a los siguientes: o
Análisis por Operación y Tormenta
o
Análisis Sísmico
o
Análisis por Fatiga
o
Análisis por Arrastre y Carga a la Barcaza
o
Análisis por Transportación
o
Análisis por Instalación (izaje, lanzamiento, flotación, giro giro a la posición vertical, etc.)
o
Análisis de estabilidad durante el hincado de pilotes (diseño de placa base)
o
Análisis por hincado de pilotes
o
Análisis de las maniobras de montaje de partes de la estructura resultantes resulta ntes del procedimiento de construcción empleado por el contratista.
2.1.1. SUBESTRUCTURAS Se considerará una subestructura para cada plataforma del tipo fija fabricada con elementos tubulares de acero estructural, con cimentación a base de pilotes tubulares de punta abierta del mismo material.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
La estructuración de la misma debe cumplir con las recomendaciones proporcionadas para estructuras desplantadas en zonas de actividad sísmica por el API RP-2A. Para la fabricación de la subestructura se podrá optar por alguna de las siguientes opciones: 1. Utilizar la ingeniería proporcionada en el apéndice 4 de estas estas bases de concurso, la cual se deberá revisar y adecuar con respecto a la localización definitiva de la plataforma, así como a las restricciones de carga y área consideradas para el diseño de la misma. 2. Proponer un nuevo diseño de otro tipo de subestructura ya sea hexápodo, tetrápodo, etc. Que cumpla con los requerimientos de seguridad y calidad requerida, tiempo de construcción y costo. En cualquiera de las alternativas que presente se deberán considerar los elementos que se describen a continuación, no siendo estos limitativos, por lo que no se exime al entregar una subestructura costa afuera lista para recibir al el módulo habitacional sin ningún trabajo pendiente de ejecutar.
COLUMNAS. Elementos principales formados a base de secciones tubulares de acero estructural, los diámetros, espesores y tipos de acero serán los que se obtengan del diseño estructural, al analizar las diferentes condiciones de pre-servicio y servicio Costa Afuera.
ARRIOSTRAMIENTOS. Se refiere a los elementos horizontales y diagonales localizados en marcos y plantas de la subestructura, cuya finalidad es proporcionar resistencia y rigidez a la plataforma ante cargas horizontales y durante las maniobras de arrastre, carga, transportación e instalación.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
PILOTES. La estructura estará soportada por pilotes tubulares de acero de punta abierta, cuyas características (diámetro, espesor, resistencia, longitud de tramos, longitud de penetración, etc.) serán determinadas conforme al diseño estructural.
Fig. 2.1 MODELADO 3D DE UNA SUBESTRUCTURA
2.1.2. MISCELANEOS DE LAS SUBESTRUCTURAS Se consideran dentro de este concepto a los accesorios y elementos necesarios para el correcto funcionamiento estructural de la plataforma durante las etapas de servicio y pre-servicio, diferentes a los contemplados en el inciso anterior.
Toda la estructura miscelánea como son los barandales, rejilla, soportería, escaleras, etc., serán presentemente de materiales ligeros y libres de mantenimiento pudiendo ser de resina poliéster, fenólica por el sistema de poltrusion o de aluminio cumpliendo con la normativa indicada.
2.1.3. SUPERESTRUCTURA Se entiende por superestructura a la parte de la plataforma que se encuentra fuera del agua, limitada por la conexión pierna-pilote (o pierna-subestructura, en su caso) y la cubierta de soporte del módulo habitacional.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Su propósito principal es dar soporte en una primera cubierta localizada en la Elev. +19.100m al equipo y accesorios para servicio requerido para la operación de la plataforma habitacional, contendrá áreas para talleres y oficinas y proporcionará acceso al módulo habitacional y a la zona de atracaderos. La cubierta superior tendrá una elevación que dependerá de las dimensiones, distribución y área para mantenimiento de los equipos y accesorios, y su función principal será dar soporte al módulo habitacional.
En la cubierta inferior (Elev. +19.100) se recibirá el puente que conecta la plataforma habitacional con el resto del complejo, por lo que se deberá considerar el espacio y los requerimientos estructurales necesarios para dar soporte al mismo.
En la superestructura se localizarán los botes salvavidas, por lo que deberá proveerse de rutas de acceso adecuadas y espacio suficiente para el abordaje seguro del personal del Complejo, así como la capacidad estructural adecuada.
Las columnas principales de la superestructura serán formadas de secciones tubulares de acero estructural, cuyas características serán definidas por el diseño estructural para las condiciones de servicio y pre-servicio consideradas.
Fi . 2.2 SUPERESTRUC SUPERESTRUCTURA TURA DE LA SONDA DE CAMPECHE CAMPECHE
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
2.1.4. IDENTIFICACIÓN DE LA SUBESTRUCTURA, SUPERESTRUCTURA Y MODULO SUPERIORES.
Para su identificación, se tiene experiencia que el norte de la plataforma corresponde al área de conductores y al sur, al de la habitacional. Están formadas por una subestructura, una superestructura y un módulo, que según el caso, será de perforación, de producción o habitacional. Las partes se fabrican separadamente en tierra y más tarde, se trasladan y colocan en su ubicación definitiva. La superestructura tiene dos pisos:
De producción: este piso se encuentra a un nivel de 15.9 m (52 pies) del nivel del mar. Contiene las conexiones superficiales de explotación tales como árboles de válvulas, bajantes, líneas de recolección, equipos de medición de producción, tableros de control etcétera.
De trabajo: se encuentra a una altura de 20.7 m (68 pies) del nivel mar. En él se localizan los rieles de deslizamiento de la torre de perforación que parten paralelamente de norte a sur.
Es importante señalar que estos rieles también se utilizan como apoyo a la subestructura que ocasionalmente se usa para intervenciones con equipo Snubbing. En este piso, se instalan la mayor parte de las unidades de apoyo del equipo de perforación y mantenimiento de pozos, además de la unidad habitacional que se instala en el lado sur.
Fig. 2.3 COMPONENTE DE PLATAFORMA FIJA
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
2.2.
MODULOS SUPERIORES
Se define como modulo superior al paquete de plantas y equipo para instalación, o instalados en una plataforma costa afuera. El módulo de una estructura petrolífera alberga el equipamiento y sirve de apoyos
para los módulos y accesorios tales como los alojamientos, el helipuerto, antorcha, torre de comunicaciones y apoyos de las grúas.
2.2.1. FUNCIONES PRINCIPALES PRINCIPALES DE LOS MODULOS SUPERIORES SUPERIORES Las funciones principales de los módulos de una plataforma petrolífera son:
control del pozo
soporte para los equipos de los trabajos de complemento
separación del gas, petróleo 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
generación de energía
alojamiento para el personal personal de operación y mantenimiento.
Fig. 2.4 CONTROL DE POZOS: UNA DE LAS FUNCIONES DE LOS MODULOS SUPERIORES
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Básicamente hay dos tipos de estructuras para los módulos, el integrado y el modularizado, que se colocan bien sobre una jacket o sobre una estructura de apoyo de hormigón.
2.2.2. MODULOS SUPERIORES CIMENTADAS SOBRE JACKETS 2.2.2.1. CONCEPTO Existen cuatro conceptos estructurales en la práctica, que se originan en las capacidades de carga de los buques grúa y de maniobras de carga o izado en los astilleros:
El módulo módulo integrado simple (hasta aproximadamente 100 MN) MN)
El módulo dividido en dos unidades de cuatro pilares
El módulo módulo integrado con módulo de vivienda
La unidad modularizada consistente en una Estructura de Apoyo (EA) que soporta una serie de módulos.
Fig. 2.5 TRANSLADO DE UN MODULO INTEGRADO
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
2.2.2.2.
DISEÑO ESTRUCTURAL INTEGRADOS
PARA
LOS
MODULOS
Para los módulos más pequeños, de hasta un peso aproximado de 100 MN la estructura de apoyo consiste en vigas de celosía o pórticos con supresión de diagonales. Lo moderado de la carga vertical y del esfuerzo cortante por pilar permite que el módulo superior se apoye tan sólo sobre pilares verticales (patas del módulo), que llegan hasta la parte superior de los patas.
2.2.2.3.
DISEÑO ESTRUCTURAL PARA LOS SUPERIORES FUNDADAS SOBRE JACKETS.
MODULOS
Una unidad modularizada de importancia pesa de 200 a 400 TON. En este caso, el EA es una estructura tubular pesada, con arriostramiento lateral que se extiende hasta la parte superior de la jacket. Cada módulo habitacional mide 11.93 m de largo por 4.50 m de ancho y 3.20 m de altura, y pesa alrededor de 23 toneladas. Tanto los módulos habitacionales como los dos módulos de andadores, tienen la misma forma básica estructural: estructura y placa lisa reforzada para el piso y techo en acero al carbono, cubiertas con paneles de pared de acero inoxidable corrugado de 250 mm de ancho por 80 mm de profundidad y 2.0 mm de espesor. Los módulos fueron diseñados para resistir una presión de explosión máxima de 110 milibares con tiempos similares de subidas y caídas de 10 milisegundos. El acero inoxidable es un material ideal para estructuras resistentes a explosiones debido a su elevada resistencia mecánica, buenas características de absorción de energía y alta ductilidad.
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2.2.3. DISEÑO DE MODULOS SUPERIORES CIMENTADOS SOBRE ESTRUCTURA DE HORMIGON
El peso de los módulos que se han de apoyar sobre una estructura hormigonada está comprendido en un campo de 200 MN hasta 500 MN. La columna vertebral de la estructura consiste en un sistema de vigas tubulares fuertes con una altura de aproximadamente 10 m y una anchura de aproximadamente 12-15 m La estructura de apoyo de la unidad modularizada está conectada rígidamente al pilar de hormigón y actúa como una viga de apoyo para los módulos. A través de esta conexión se transmite la fatiga inducida por las olas en la estructura del módulo. Un reciente avance, previsto para la plataforma noruega Troll, consiste en proporcionar una conexión flexible entre el módulo y el pilar de hormigón, con lo que se elimina de esta forma la fatiga en el módulo
Fig. 2.6 PLATAFORMA DE HORMIGON
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2.2.4. EQUIPOS Y MODULOS VIVIENDA VIVIENDA Los módulos para el equipo, tienen forma de cajas rectangulares provistas de uno o dos pisos intermedios. Los suelos son de chapa de acero (de un grosor de 6, 8 o 10 mm) para el techo y el piso inferior y de enrejado para los pisos intermedios. En los módulos habitables, las ventanas son necesarias en todos los dormitorios y deben colocarse varias puertas en las paredes exteriores. Este requisito puede interferir gravemente con la disposición de las vigas de celosía. Los módulos son de chapa plana o rigidizada. Pueden distinguirse tres tipos de conceptos estructurales, todos ellos evitando los pilares interiores:
vigas de celosía convencionales en las paredes.
paredes de chapa rigidizada (también llamada revestimiento resistente o tipo casa de cubierta).
estructura de soporte fuerte (con arriostramiento anti viento en en las paredes).
2.2.4.1.
INSTALACIÓN
Los módulos terminados son transportados en camiones a la costa, cargados en embarcaciones y llevados a la plataforma Armada. Se anexaron a la estructura de acero al carbono “orejas” para levantar en las cuatro esquinas del techo de cada módulo. Las “orejas” también sirvieron como guías para el posicionamiento de los
módulos en el segundo nivel. Los módulos inferiores fueron anexados a la estructura de soporte del módulo (MSF por sus siglas en inglés), usando pernos de acero inoxidable tipo M16 A480. Los módulos fueron conectados entre sí en una formación de 2 a 2, con una
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
disposición para un tercer nivel en el futuro. Los módulos de las escaleras fueron unidos en su respectivo extremo, y fueron sentados sobre su propio MSF.
Fig. 2.7 INSTALACIÓN DE UN MODULO MOD ULO HABITACIONAL
2.2.4.2
ELEMENTOS ESTRUCTURALES HABITACIONALES
DE
LOS
MÓDULOS
Cada uno de los módulos habitacionales solicitados debe diseñarse y construirse para dar alojamiento a 220 personas, con los niveles de seguridad estructural requeridos por las especificaciones y de confort indicados en la sección de Arquitectura Arquitectura de estas bases. bases.
El diseño estructural y todos los materiales empleados en la fabricación de la estructura deberán ajustarse a los recomendados por el API RP-2A-WSD.
Aunque se recomiendan recomiendan los materiales y criterios de diseño indicados en API RP2A-WSD, se podrá usar aluminio estructural en este sistema. En ambos casos se deberá demostrar su adecuado funcionamiento estructural, apegado a normas de
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carácter internacional de una institución reconocida en el ámbito del diseño de estructuras costa afuera, las cuales deberán ser incluidas en la propuesta técnica. Este módulo se desplantará a partir de la segunda cubierta de la superestructura. Las dimensiones y características principales del módulo estarán en función de los espacios requeridos en la sección de Arquitectura de estas bases, pero que en general se describen adelante.
Dará cabida a habitaciones, baños, comedor, cocina, oficinas, cuarto de control de vuelos, cuarto de telecomunicaciones, sala de proyecciones, área para equipo de aire acondicionado, talleres y todo lo que se describe en este mismo anexo en la especialidad de arquitectura.
En cada nivel del módulo existirá un pasillo exterior perimetral, construido de materiales ligeros y con un ancho mínimo de 0.90 m.
El módulo habitacional estará estructurado a base de vigas, columnas y elementos de contraventeo vertical para proporcionar rigidez y resistencia estructural bajo las condiciones a las que se verá expuesto durante su vida útil, así como en las diferentes etapas por las que pasará durante la construcción, arrastre, transportación e instalación.
2.3.
SUPERESTRUCTURA (CON MODULOS)
El concepto estructural del módulo está influido en gran medida por el tipo de infraestructura (jacket o E.V.H.) y por el procedimiento de construcción.
Los módulos, de más de 10.000 toneladas, están provistos de una estructura de apoyo sobre la que se dispone una serie de módulos. Actualmente, los módulos de menor tamaño, tales como los existentes en la zona sur del Mar del Norte, se instalan ya completos con todos sus equipos en un solo levantamiento con el fin
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
de minimizar el número de uniones que es necesario efectuar en el emplazamiento marino.
La selección del concepto de módulo es una labor que se efectúa en colaboración con las demás disciplinas.
2.3.1. ASPECTOS BASICOS BASICOS DEL DISEÑO 2.3.1.1. ESPACIOS Y ELEVACIONES
El primer paso a la hora de desarrollar un nuevo concepto del diseño consiste en la consideración de todos los requisitos de la estructura del módulo. A continuación se discuten los requisitos del diseño y su impacto sobre el sistema estructural. La distribución del módulo está influida por el tipo de procesado de los hidrocarburos que se lleve a cabo. El área necesaria para el equipo, tubos y recorridos del cableado, la tolerancia de altura y los requisitos de acceso/escape determinan tanto el área del módulo como las elevaciones. La altura de las cubiertas inferiores depende de las condiciones del entorno. La altura de la cubierta inferior, se basa en la altura máxima de la cresta de la ola calculada, incluyendo el potencial de temporales y mareas, más un espacio de aire mínimo de 1,5 m. Normalmente, en el Mar del Norte la distancia vertical entre las cubiertas del módulo oscila entre 6 - 9 m. Es muy importante tener en cuenta la dirección predominante del viento a la hora de determinar la posición de los diversos componentes sobre la plataforma, tales como la antorcha, las grúas, el helipuerto, etc; y también las provisiones logísticas y de seguridad.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
2.3.1.2.
REQUISITOS DE LA DISTRIBUCIÓN
A continuación continuación se ofrece una breve descripción, descripción, basada en API-RP2G, de los requisitos de los diversos componentes del módulo.
Pozos: la posición de los pozos depende de si su perforación y trabajos se efectuarán utilizando una torre de perforación autoelevadora en ménsula independiente o mediante una torre de perforación situada sobre la plataforma. En el primer caso, los pozos deben estar cercanos al borde de la plataforma y requieren la existencia de un área de considerables dimensiones, por encima de ellos, libre de obstáculos. En el segundo caso, es necesario proporcionar un par de vigas de alta resistencia con el fin de soportar la unidad de perforación.
Equipo, tubos y soportes para los cables: todos los dispositivos para el tratamiento del petróleo o del gas deberán satisfacer los requisitos de APIRP2G.
Alojamientos y helipuerto: el helipuerto debe situarse en las proximidades de los alojamientos con el fin de permitir una rápida evacuación. Generalmente, el helipuerto se sitúa en el área libre de obstáculos situada encima de los alojamientos.
Módulo compresor de gas: la presión de las reservas de gas disminuye debido a la explotación. Es posible que la compresión sea necesaria en el futuro con el fin de conseguir un flujo de gas aceptable en el gaseoducto.
Módulo de inyección de agua o de gas: la producción de petróleo disminuye tras varios años de explotación. En ese momento, es necesario estimular las reservas mediante, por ejemplo, la inyección de agua.
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Grúa del módulo: el emplazamiento de la grúa debe seleccionarse de tal manera que se obtenga la mayor cobertura del módulo y el gruísta pueda mantener contacto visual tanto con el objeto levantado como con el buque de suministro. Este emplazamiento debe estar situado fuera del área libre de obstáculos del helipuerto y no debe interferir con instalaciones futuras.
Chimenea o antorcha: una chimenea de escape libera los productos gaseosos en el aire sin quemarlos; una antorcha libera y quema estos productos. Tanto las chimeneas de escape como las de combustión deben estar situadas fuera de las áreas peligrosas y lejos del helipuerto. La punta de estas chimeneas superará la altura del helipuerto por lo menos en 100 pies. Se deberá comprobar la irradiación de calor.
Torre de comunicaciones: Es necesaria una instalación elevada con el fin de proporcionar un apoyo libre de obstáculos a las antenas de comunicaciones. Se necesita un apoyo rígido con el objeto de satisfacer el estricto criterio de la flecha.
Cápsulas de supervivencia y grúa de evacuación: normalmente las estructuras de apoyo de estos elementos se encuentran en ménsula desde la estructura principal. La carga de impacto y la amplificación dinámica aumentan las reacciones en el apoyo durante la operación.
Pasarelas, escalas y escaleras: estos elementos deben mantenerse libres de obstáculos, ser anti-deslizantes y tener la anchura suficiente que permita la evacuación del personal en camilla.
Cerramientos, paredes, puertas y persianas: el tipo de cerramiento depende de los requisitos operacionales y de las preferencias de la compañía petrolífera. Debido a razones de seguridad, es posible que las paredes y las puertas tengan que satisfacer unos requisitos específicos
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
relativos a explosiones y resistencia al incendio. Las persianas se pueden utilizar para permitir la ventilación natural, al tiempo que evitan la entrada de la lluvia, nieve o pájaros.
Áreas para la distribución de equipos, recambios y consumibles: estas áreas se disponen en ménsula desde la estructura principal con el fin de permitir el acceso de la grúa del módulo a los niveles de las cubiertas inferiores, sin necesidad de disponer escotillas a través de las cubiertas.
Escotillas: el acceso a los pisos inferiores dentro del radio de acción de la grúa es necesario con el fin de posibilitar el mantenimiento, reparaciones y modificación de la plataforma. Es necesario identificar las escotillas en una etapa inicial del diseño.
Tuberías de conducción, caissons, sumideros: La sección de la tubería de conducción sube desde el lecho marino hasta el módulo. Introduce cargas verticales y horizontales (del entorno y de trabajo) en la estructura del módulo. Los caissons para las bombas y los sumideros para la descarga se cuelgan de la cubierta inferior e introducen cargas horizontales y verticales significativas en el módulo.
Drenajes: es necesario que se instalen drenajes para que los vertidos caigan sobre cubetas recolectoras situadas bajo los equipos y también para la recogida del agua de lluvia contaminada con petróleo con el fin de evitar su vertido al mar.
Elementos pasantes de cubiertas: es posible que los tubos de unión de procesos-elementos situados en niveles diferentes y los depósitos, recorridos del cableado, etc, necesiten la existencia de un área importante libre de elementos estructurales. Es necesario identificar estos elementos
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
pasantes de cubiertas en una etapa inicial del diseño y coordinar su ubicación con la de los elementos estructurales principales.
Otras provisiones: también es posible que sean necesarios elementos tales como monocarriles y pasarelas de inspección.
2.3.1.3.
CONTROL DE INTERCONEXIONES
Las muchas funciones del módulo provocan que el número de disciplinas involucradas en el diseño también sea elevado.
Debido al elevado coste que conlleva el proporcionar espacio en la plataforma, es necesario proyectar la instalación de manera que sea muy compacta. Este requisito
provoca
la
existencia
de
varias
áreas
importantes
de
control
interdisciplinario.
Distribución del espacio: la estructura no no debe hacer uso de espacio asignado para los equipos o las rutas de acceso. Es necesario respetar la distancia entre tubos, recorridos del cableado, equipos y la cubierta superior.
Control directo de interconexiones: las bombas, depósitos y tuberías necesitan soportación en la estructura metálica.
Interconexión entre la perforación y las operaciones complementarias.
Interconexión entre la grúa y helipuerto, módulo de de vivienda, unidad de perforación y antorcha.
Interconexión con la tubería de conducción de exportación.
Interconexión entre los módulos.
Interconexión entre el módulo y el puente de la plataforma adyacente.
Interconexión con la subestructura.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
2.4. SISTEMAS ESTRUCTURALES 2.4.1. SELECCIÓN DE MÓDULO PARA LAS PRINCIPALES SOPORTADAS POR JACKETS
ESTRUCTURAS
La selección del tipo de módulo constituye el segundo paso del desarrollo de un sistema estructural. Las dos posibles alternativas básicas: tipo viga de celosía o tipo porticado sin refuerzos se comparan en la tabla 5.
Tabla 5. COMPARACIÓN DE LOS CONCEPTOS CONCEPTOS PARA LAS ESTRUCTURAS PRINCIPALES PRINCIPALES TIPO JACKETS
La selección del concepto de tipo de módulo, viga de celosía o pórtico, está asociada con la decisión que se adopte con respecto a la posición de la estructura longitudinal en la sección transversal. En un módulo de 20-25 m de anchura, las vigas de celosía se disponen normalmente en filas longitudinales: la línea media y ambas paredes exteriores.
No obstante, en este tipo de módulo los pórticos se disponen en dos filas longitudinales, a una distancia aproximada de 14-16 m, permitiendo estructuras en voladizos de aproximadamente 5 m.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
Fig. 2.8 EMPARRILLADO ESTRUCTURAL BÁSICO PARA SUELO TIPO JACKET
2.4.2. SELECCIÓN DE LOS MÓDULOS VERTICALES DE HORMIGON (EVH)
SOBRE
ESTRUCTURAS
Los módulos de las estructuras de hormigón presentan grandes diferencias con los módulos soportados por jackets. El módulo representa un elemento importante en el sistema global de tipo porticado. Las estructuras de hormigón se han construido con un número de ejes que oscila de uno a cuatro. Se ha adoptado una disposición rectangular o en T de los cuatro ejes. La forma básica consiste en un módulo compartimentado con un emparrillado de vigas en cajón de alta resistencia.
A continuación continuación se indican tan sólo unos pocos elementos elementos del Diseño estructural estructural del módulo de una estructura de hormigón:
Debido a la acción del pórtico, la cubierta está sometida a la fatiga; un caso difícil de controlar en el Diseño de un módulo.
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Instalación Capítulo II: Módulos Superiores y su Instalación
La optimización de la disposición del equipo, tubos y recorridos del cableado, la logística y las salidas de emergencia requiere grandes aberturas y perforaciones de las paredes de chapa, creando, por lo tanto, grandes concentraciones de tensiones.
Es necesario ejercer un estricto control sobre las fijaciones de las estructuras secundarias y de los apoyos para equipos/tubos/cableado a la estructura principal con el fin de evitar problemas de fatiga.
El área área de unión con el cuerpo de hormigón hormigón debe proporcionar la transición desde el perfil circular (cuerpo) al cuadrado (módulo). Este área alberga barras de anclaje de alta resistencia, dispositivos temporales para el acoplamiento con el módulo y requiere tolerancias con respecto a las dimensiones tanto del módulo como de la infraestructura.
Es necesario planear cuidadosamente las opciones para para la inspección y el mantenimiento, especialmente debido a que puede producirse fatiga.
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
Capítulo III: Transporte y
“
Sujeción
”
Elaboró: Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
Capítulo II Transporte y Sujeción
“
3.1.
”
ASPECTOS DEL DISEÑO PARA EL EMBARQUE
Cuando se utilizan plataformas-remolque, la cubierta inferior ha de estar diseñado de tal manera que cumpla tres requisitos básicos para el embarque:
Todas las chapas del ala inferior de las vigas transversales deben estar en el mismo plano. La distancia entre las vigas transversales no debe ser superior a aproximadamente 7 m. El forjado inferior debe ser capaz de resistir una reacción ascendente que generalmente tendrá un campo de 50-60 kN/m2 del área del piso.
Para las plataformas-remolque se asume que la distribución de las cargas es uniforme. Los sistemas de deslizamiento que no estén provistos de un sistema de reparto de la carga adecuado producirán una repartición de la carga no uniforme.
El diseño para el embarque exige la coordinación con el diseño del amarre para el transporte marítimo.
3.2. TRANSPORTE MARITIMO Y SUJECIÓN DURANTE EL MISMO 3.2.1. OPERACIONES
El transporte marítimo constituye una operación extremadamente crítica, especialmente en el caso de los módulos Una vez completado el embarque y el amarre total a la barcaza, ésta se lastra hasta alcanzar el calado necesario y se hace a la mar para iniciar el transporte.
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
Uno o dos remolcadores transportan la barcaza hasta el emplazamiento de la plataforma.
Una vez allí, la barcaza se coloca junto al buque grúa.
Antes de proceder proceder al levantamiento, levantamiento, se liberan liberan los amarres amarres utilizados utilizados para el transporte marítimo.
La programación del transporte marítimo consta de varias etapas:
o
Identificación de las dimensiones de los huelgos huelgos críticos como por ejemplo la profundidad del puerto, la anchura de puentes o esclusas, etc, en las aguas cercanas a la costa.
La selección de la barcaza (estabilidad, comportamiento dinámico,
o
emplazamiento de los topes para la carga). o
Evaluación de la ruta marítima (condiciones meteorológicas, distancia del remolcado).
o
Evaluación de los movimientos de de la barcaza debido al estado estado de la mar.
o
Desarrollo del concepto del amarre para para el transporte marítimo.
o
Evaluación de la integridad del módulo.
o
Evaluación de la integridad de la barcaza.
Con algunos buques grúa existe la opción de efectuar el transporte del módulo a bordo de estos barcos. Normalmente es necesaria una operación extra debido a que el calado del buque grúa es superior a la profundidad del muelle del fabricante. No obstante, la ventaja de este método consiste en que se facilita el amarre para el transporte marítimo. Además, la operación en el emplazamiento de la plataforma es más rápida y más simple, puesto que se evita la operación más sensible a las condiciones meteorológicas el levantamiento desde la barcaza.
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
Fig. 3.1 OPERACIÓN DE TRANSPORTE
3.2.2. ASPECTOS DEL DISEÑO DEL TRANSPORTE MARÍTIIMO Y AMARRE DURANTE EL MISMO
Las condiciones de la carga durante el transporte dominan varios elementos de la estructura.
Todos los equipos situados en o sobre la cubierta (paneles de control, rodillos del generador, grúa de la plataforma) también se ven sometidos a cargas pesadas durante el transporte.
El arriostramiento interno de la cubierta para el transporte no constituye una opción práctica debido a que crea obstáculos y riesgo de daños o incendio en el
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
cableado, instrumental, tubos y equipos durante su retirada subsiguiente. El arriostramiento externo tampoco está libre de problemas. La anchura de la cubierta exige una barcaza que tenga una anchura extra. Resulta difícil encontrar puntos “fuertes” en la parte externa de la cubierta. Por lo tanto, el concepto básico
consiste en efectuar la fijación de la cubierta a la barcaza únicamente por sus pilares.
El diseñador debe ser consciente de que, frecuentemente, la rigidez a la flexión del módulo supera a la de la barcaza. Es posible que se produzca una considerable “acción conjunta” cuando la ba rcaza se flexa en condiciones de
fuerte mar de proa.
Un aspecto muy importante en todos los conceptos del amarre marítimo consiste en considerar los aspectos de la retirada de estos amarres, es decir, de su suelta antes de proceder al levantamiento, así como la necesidad de proporcionar seguridad en un estado del mar moderado.
La suelta de los amarres debe ser tal que no precise de la operación de grúas. Por lo tanto, es necesario que los refuerzos liberados en un extremo se mantengan estables y seguros cuando tan sólo se encuentren fijados por uno de sus extremos.
El diseño del amarre marítimo no debe incluir ninguna soldadura en la unión del pilar, puesto que en ese caso el módulo no estaría preparado para ser colocado inmediatamente sobre la jacket.
Cuando la duración del remolcado sea superior a uno o dos días, es posible que resulte necesario considerar la fatiga en los nudos críticos.
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Capítulo III: Transporte y Sujeción
3.3.
TRANSPORTE MARÍTIIMO Y SUJECIÓN DURANTE EL MISMO II
El transporte se efectúa a bordo de una barcaza de cubierta plana o, si fuera posible, sobre la cubierta del buque grúa.
Es necesario sujetar el módulo a la barcaza (figura 3.2) con el fin de que resista el movimiento de la barcaza en aguas embravecidas. El concepto de la sujeción durante la travesía lo determinan las posiciones de la estructura del módulo, así como los “puntos fuertes” de la barcaza.
Fig. 3.2 CONCEPTO DE FIJACIÓN EN EL MAR
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Bibliografía
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ELABORADO POR RITCHIE DANIEL ORTIZ RODRÍGUEZ
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