07 hincado imp simposio 2010.pdf

7/25/2019 07 HINCADO IMP SIMPOSIO 2010.pdf

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1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin ymantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"

Anlisis de hincabilidad de pilotes deplataformas marinas fijas

Ing. Prcoro Barrera NaborInstituto Mexicano del Petrleo

Ing. Federico Jacobo GordilloGerencia de Ingeniea y Construccin, SCSM, PEP

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18 de octubre de 2010


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Qd=Qso+ Qa+ (QsiQpi)

Qd Capacidad de carga acompresin

Qso Resistencia externa delfuste

Qa Capacidad de carga

anularQsiResistencia interna del

fuste

QpiCapacidad del reainterna en la punta

Superestructura

Subestructura

Pilotes

N. M.

M.

Lecho Marino

Muerta

EquipoViva

VientoOleaje

Corriente

Cargas:MuertaEquipoViva

Diseo de pilotes en condicin de operacin


Cargas:


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LONGITUD DE PENETRACIN DELPILOTE

Para definir la longitud de penetracin, setoma en cuenta la presencia de estratosarenosos, con la finalidad de que durantela interrupcin del hincado, la punta nocoincida con los estratos de arena,evitando con ello el posible congelamientodel suelo, que tenga como consecuencia elrechazo al hincado.

Diseo de pilotes en condicin deoperacin



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Diseo de pilotes en condicin de servicio

DISTRIBUCIN DE ESPESORESPOR MOMENTO DE FLEXIN

Los momentos de flexin se

distribuyen a lo largo del pilote

segn las condiciones de

empotramiento

Lnea de lodos

Vto.

Oleaje

Corriente


Punto de Trabajo

Sobre la lnea de lodos se

tendr un ligero incremento

de la carga por el peso

propio del pilote

Bajo la lnea de lodos se

tendr una disminucin de la

carga por la friccin del suelo

ESFUERZOS CARGA VERTICAL


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Seccionamiento del pilote

El seccionamiento del pilote tomar encuenta la estratigrafa del sitio. Sebuscar que durante la interrupcindel hincado del pilote la punta no

coincida con un estrato de arena

Diseo de pilotes en condicin de operacin



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Diseo de pilotes en condicinpor hincado

La distribucin de los

espesores a lo largo delpilote debe tomar encuenta la posibilidad desubhincado y sobrehincado. La longituddepender de laincertidumbre que setenga respecto a laestratigrafa. APIrecomienda 20 pieshacia arriba y hacia

abajo

Lnea de lodos

Vto.

Oleaje

Corriente



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Diseo de pilotes por elpeso del martillo durantesu colocacin

La distribucin de los

espesores a lo largo delpilote por condicionesde operacin, podrmodificarse segn lalongitud del tramo depilote y el peso delequipo de hincado.



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Propagacin de la onda de esfuerzos en barras de seccin uniforme

Teora del hincado de lospilotes

En los casos donde lacapacidad de carga del suelosea muy alta se genera unaonda de esfuerzos acompresin en la punta delpilote, la cual regresa hacia lacabeza del pilote, haciendoque los esfuerzos sesobrepongan.



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Propagacin de la onda de esfuerzos en barras de seccin uniforme

Cuando la resistencia al

hincado en la punta de lospilotes es muy baja, entoncesse genera una onda deesfuerzos de tensin quetiende a acelerar la penetracinde la punta del pilote. En casos

de hincado de pilotes deconcreto, se deber tomarprecauciones para evitardaos al pilote por hincado.

Teora del hincado de lospilotes


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Modelo de anlisis de

hincadoEl sistema martillo-pilote-suelose modela de la siguientemanera:El martillo por su masa

golpeadora, y un cojineteamortiguador de esfuerzos;la rigidez del pilote por resortesaxiales; el suelo por elementoselsticos y viscosos (resortes yamortiguadores), incluyendo

sensitividad. Para cada uno deellos se asignan suspropiedades elsticas y deamortiguamiento como sedescribe a continuacin


5

6

7

.

.

n-1

n

2

1

3

4

MASA GOLPEADORA

COJINETE

ADAPTADOR

PILOTE

PILOTE REAL

CAPACIDAD

POR PUNTA

2

1

3

4

5

6

7

.

.CAPACIDADPOR FRICCION

n-1

n

PILOTE IDEALIZADO

Discretizacin del martillo, pilote y suelo


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CONSTANTES PARA COJINETES DE MARTILLOS DE

VAPOR

Material Mdulo deelasticidad

(ksi)

Coeficientede restitucin

Micarta 450 0.80

Madera de roble con la carga

perpendicular a la veta

45 0.50

Madera de abeto con la cargaperpendicular a la veta

35 0.40

Madera de pino con la carga

perpendicular a la veta

25 0.30

Discos de micarta de 1" de

espesor alternados con discos

de aluminio de 1/2" de espesor

700 0.80

Discos de asbesto de 3/8" deespesor alternados con placas

de acero de 1/4" de espesor

65 0.50

Cables de acero enrollados de

1" de dim., alternados con

placas de acero de 3/8" de

espesor

330 0.80

Cojinete amortiguador deesfuerzos.La funcin del cojinete es

actuar como elemento

amortiguador de esfuerzos,

tanto, en el pilote como en el

martillo, un excesivo

amortiguamiento tiende a

reducir la energa transmitida

al pilote.

El mejor cojinete ser aquel

que proporcione el ms alto

coeficiente de restitucin y la

menor constante de rigidez.


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R

D C

B

DEFORMACION

ENERGIA DE SALIDA

ENERGIA DE ENTRADAe=

AREA BCD

AREA ABCe=

e=

e=

COEFICIENTE DE RESTITUCION

R= FUERZA APLICADA

A

Evaluacin del coeficiente de restitucin

Coeficiente derestitucin.En la figura se representa

el significado fsico

idealizado del coeficiente

de restitucin del cojinete.

La lnea AB indica la ramade carga y la BD la

descarga, en los

materiales elsticos

ambas curvas coinciden,

en cambio en los muy

deformables la rama dedescarga coincide con la

lnea BC


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Tipo desuelo

Coeficiente deamortiguamiento por

friccin, Cd(seg/pie)

Coeficiente deamortiguamiento en la

punta, Cd,(seg/pie)

coeficiente dedeformacin elstica,

Q(pulg)

ARCILLA 0.100 0.300 0.100ARENA 0.040 0.100 0.100LIMO 0.040 0.100 0.100

CONSTANTES ELSTICAS Y DINAMICAS DEL SUELO

Para determinar los parmetros geotcnicos del suelo a utilizar

en el modelo Pilote-Martillo-Suelo se tomaron los registros dehincado de diferentes instalaciones en distintos sitios de laSonda de Campeche


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R

u

So

S(t)

u(t)

Q

Donde:

So, Resistencia mxima al hincado del pilote

Q, Deformacin del suelo antes de la fluencia

S(t), Resistencia del suelo en cualquier tiempo

despus del hincado

U(t),Deformacin del suelo en el tiempo t.

Modelo de Kelvin para simular el comportamiento del

suelo

Mximadeformacin

El martillo que seautilizado deber sercapaz de vencer la

resistencia elsticadel suelo, en casocontrario, no selograr movilizar alpilote y solo seconseguir daarloen la cabeza.

Curva ideal

Curva real


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0 20 40 60 80 100 12020

40

60

80

100

Tiempo en horas

%R

ec

uperacindelaresistenciadelsuelo

Recuperacin de la resistencia del suelosegn pruebas de laboratorio

Sensitivad del suelo(Laboratorio)

De las pruebas de laboratorio y de

observaciones de campo se hanpodido comprobar que el suelorecupera aproximadamente el 60%de su resistencia ltima en untiempo de 8 horas posteriores alremoldeo


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Fig. 7, Tixotropa del suelo, segn las observaciones de campo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tiempo (Horas)

%R

ecup

eracindelaResistencia

delsuelo(Tixotropa)De observaciones

de campo sedetermin que elsuelo recupera delorden del 60% desu resistencia

ltima en un tiempode 8 horas despusdel hincado de lospilotes. 8 horas esel tiempo promediopara realizar lasoldadura entreuna seccin depilote con la otra.

Sensitividad del suelo (Observaciones de campo)


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Rigidez axial de lospilotes

Para facilitar el hincado de

los pilotes es convenienteproporcionar la mayor reaposible a la pared, en lugarde utilizar aceros de altaresistencia, en la figura seobserva que el incrementode la rigidez axial favorecela hincabilidad de lospilotes.



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Esfuerzos en el pilote porhincado

Los esfuerzos generados por elimpacto de un martillo generalmente

no rebasan las consideraciones deservicio o maniobras de instalacin.Sin embargo, es conveniente utilizaraceros de mayor resistencia en lacabeza del pilote y en la zapata dehincado, para tomar en cuenta la

falta de alineamiento del martillo osuelos de alta compacidad (gravas yboleos).



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Equipos de hincado

Los martilloshidrulicos son maseficientes y mas ligerosque los martillos devapor, debido a que todala energa generada porel martillo es transmitidaal pilote, no requieren

de cojinetesamortiguadores deesfuerzos.



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Conclusiones y recomendaciones:

5. En el diseo de los pilotes para plataformas marinas en Mxico es

deseable considerar el equipo mas apropiado, tal como los martillos

hidrulicos, sin embargo no se deben descartar los martillos de vapor.

debido a que durante esa etapa no se conoce an que contratista

realizar la instalacin.

6. La utilizacin de los martillos hidrulicos favorece el diseo, debido a que

se pueden utilizar menor numero de tramos de pilote, puesto que se

puede manejar tramos mas largos por el menor peso del martillo.



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FIN DE LA PRESENTACIONSe agradece su atencin

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