1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"APLICACIONES DEL RIESGO Y CONFIABILIDAD ESTRUCTURAL EN LA NORMA MEXICANA DE DISEO Y EVALUACIN DE PLATAFORMAS MARINAS FIJASDante Campos,Alberto Soriano,Jorge L. AlamillayCsar OrtegaINSTITUTO MEXICANO DEL PETRLEODIRECCIN INGENIERA DE PROYECTOIngeniera CivilPlataformas Marinas18 de octubre de 20101er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"CONTENIDO1. Objetivo2. Justificacin3. Estudio de Riesgo4. RSRs mnimos para diseo y evaluacin5. Alturas de ola Altura de ola de diseo y de referencia Altura de ola ltima para diseo Altura de ola ltima para evaluacin6. Confiabilidad Estructural7. Elevacin de la cubierta inferior8. Estados de mar para el diseo por transportacin21er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"OBJETIVOPresentar los desarrollos en Riesgo y Confiabilidad Estructural que se emplearon en la NRF-003-PEMEX-2007.31er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"JUSTIFICACIN4051015200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Altura de Ola Mxima (m)Tirante de Agua (m)OWI 1996OWI 2006Comparacin de valores extremos de la altura de ola mxima (HM) para un periodo de retorno de 100 aos entre los estudios OWI 1996 y OWI 2006 en la Sonda de CampecheInicialmente se iba a revisar: La elevacin de cubierta inferior Altura de ola para transportacin Problema con subniveles ApndicesRRHH'= kS R/ Ln Ln 'ok| |o = '1RSR RSRok=2ln2ln / ln S R S Ro o o + =R lnoes la desviacin estndar de la resistencia de la plataforma S lnoes la desviacin estndar del oleaje que incide sobre la plataforma EL INCREMENTO DE LA INTENSIDAD DEL OLEAJE IMPLICA REDUCCIN EN LOS NIVELES DE SEGURIDAD.1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"5 Offshore Technology: Lessons Learned the Hard Way Peter W. Marshall CORE Report 2007-05 Con este tro: IVAN, RITAy KATRINA se perdieron 130 de 4000 plataformas fijas (Marshall, 2008)Anteriormente, ante el paso de otros tres huracanes: el HILDA en 1964, el BETSY en 1965 y el CAMILLE en 1969, denominados el tro terrible, se perdieron 50 de 1500En ambos casos la prdida fue del 3.3% de las plataformas existentesJUSTIFICACIN1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"6051015200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Altura de Ola Mxima (m)Tirante de Agua (m)OWI 1996OWI 2006Comparacin de valores extremos de la altura de ola mxima (HM) para un periodo de retorno de 100 aos entre los estudios OWI 1996 y OWI 2006 en la Sonda de CampecheJUSTIFICACIN1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"ESTUDIO DE RIESGO7Evaluacin Costo - BeneficioDEFINICION DEL RIESGO DE FALLAESTRUCTURAL ACEPTABLEEXPLORACIN Y PRODUCCINLog PfE[CT]Costo inicial, CIPunto decosto ptimoValor esperado del costofuturo, E[CF]Fig. 3.4.1 Evaluacin costo-beneficio| | | | | | | | | |PD R L H f i TC E C E C E C E P C C C E + + + + A = logPVF4343 . 00iFfCCPA=) (010 fPu = || | | |F I TC E C C E + =f i IP C C C log A =PVF log ] [f F f i TP C P C C C E + A =CATEGORA DEEXPOSICINNDICES DE CONFIABILIDAD ANUALDISEO EVALUACINMuy alta 3.62 3.43Alta 3.53 3.34Moderada 3.45 3.26Baja 3.33 3.13ndices de confiabilidad | anuales mnimos 1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"RSRs MNIMOS PARA DISEO Y EVALUACIN8STDST100STU, RUSTAAColapsoFUERZADESPLAZAMIENTO -( )SRSBBRSRln33 . 2 exp o |o ||.|

\|=BS = 0.89Sesgo de la solicitacinBR = 1.32 Sesgo de la capacidado= 0.77Incertidumbre totalolnS= 0.76 Incertidumbre en demanda100 100 TTUTUSSSRRSR = =PARMETROS PARAEVALUACINCATEGORA DE EXPOSICINBAJA MODERADA ALTA MUY ALTARSR mnimo requerido para plataformas1.3 1.4 1.5 1.6RSR mnimo con impacto de ola en cubiertas1.4 1.6 1.7 1.8Tabla 8.5.1. Parmetros de evaluacin para estructuras instaladas.RUCapacidad lateral ltima de la estructura. Corresponde a una carga lateral total STU.STUCarga lateral total (viento, oleaje y corriente) en la base que provoca el colapso.ST100Carga lateral total (viento, oleaje y corriente) en la base que tiene un periodo de retorno de 100 aos.PARMETROS DE DISEO POR OLEAJECategora de exposicin Muy AltaMnimo RSR, cuando la ola no impacta a la cubierta y/o subnivel 1.9Mnimo RSR, cuando la ola impacta a la cubierta y/o subnivel 2.21er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"ALTURA DE OLA DE DISEO Y DE REFERENCIA9100. H f HD =o= ExponenteBS= Sesgo de la solicitacinBR= Sesgo de la capacidadolnH=Desviacin estndar del Ln de la altura de olao= Incertidumbre totalULR=Relacin entre la capacidad ltima respecto a la carga lateral de diseoolnR= Incertidumbre en capacidadolnS= Incertidumbre en demanda( )oo o |o1ln33 . 2 exp1(((

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\|=HRSULR BBf024681012141618200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Tirante de agua (m)Altura de Ola (m)Altura de la ola mxima de diseo por tormenta para el Litoral de Tabasco y Sonda de Campeche.Altura de la ola mxima de diseo por tormenta para la Regin Norte.024681012141618200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Tirante (m)Altura de Ola (m)1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"ALTURA DE OLA LTIMA DE DISEO Y ALTURA DE OLA LTIMA DE EVALUACIN10( )1001ln ln 100133 . 2 exp HBBH RSR HH S R oRSUoooo o |(((

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\|= =100H HU =ndices de confiabilidad | anuales mnimos CATEGORA DEEXPOSICINNDICES DE CONFIABILIDAD ANUALDISEO EVALUACINMuy alta 3.62 3.43Alta 3.53 3.34Moderada 3.45 3.26Baja 3.33 3.13DescripcinDiseo EvaluacinMuy AltaCategora de ExposicinBaja Moderada Alta Muy altaSonda de Campeche, Litoral de Tabasco y Regin Norte1.38 1.14 1.20 1.24 1.28Factores que afectan a H100para obtener la HU11CONFIABILIDAD ESTRUCTURALLa probabilidad de falla es calculada por simulacin de Monte Carlo.Se consideran dos funciones de estado lmite de falla que representan la falla de jacket o la falla delas piernas de la cubierta.( ) ( ) ( ) ( ) | | 0 z g 0 z g P P2 1 fs s = ( ) ( ) | | ( ) ( ) | |w d d j j S u R R 1Q h Q h Q B h JC B z g + + = ( ) ( ) | | ( ) | |w d d S u R R 2Q h Q B h DLC B z g + = ( ) z g Funcin de estado lmite de falla z Vector de variables aleatorias{ }S R d j RB B h , , , , , h Altura de ola anual extrema incierta,uh Altura de ola que causa el colapso de la plataforma ( )uh JC Capacidad del jacket (cortante de base al colapso) ( )uh DLC Capacidad de las piernas de las cubiertas jQ Cargas de oleaje y corriente sobre el jacket dQ Cargas de oleaje y corriente sobre las cubiertas wQ Cargas de viento sobre las cubiertas R Parmetro incierto de resistencia, media 1.0 y coeficiente de variacin de 0.15 j Parmetroinciertodecargasdeoleajeeneljacket,media1.0ycoeficientedevariacinde 0.15,quereconocelaincertidumbreenladeterminacindelasfuerzasdadaslas caractersticas de cierto huracn d Parmetro incierto de cargas de oleaje enla cubierta, media 1.0 y coeficiente de variacin de 0.40 RB Parmetroinciertoquerepresentaelsesgodelacapacidad,mediade1.32ycoeficientede variacin de 0.25 SB Parmetro incierto que representa elsesgo de la carga lateral, media de 0.89 y coeficiente de variacin de 0.15 Desplaz -X+Y vs Factor de Carga0.000.200.400.600.801.001.200 5 10 15 20 25 30 35 40Desplaz. -X+Y (cm.)Factor de CargaDesplaz -X+Y vs Factor de Carga0.000.200.400.600.801.001.200 5 10 15 20 25 30 35 40Desplaz. -X+Y (cm.)Factor de Carga Direccin de oleaje y corrrienteFactor de Carga ltimoCortanate (ton.)Cortante ltimo (ton.)+X 8.30 158.56 1,316.05 CORTANTES BASALES DIR -X+Y (OLEAJE BAJO CUBIERTA - JACKET, 15.850 m.)Qj-x+y = 4.3768x2.1505R2 = 0.999705001,0001,5002,0002,5003,0003,5000.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00ALTURA DE OLA(M)CORTANTE (TON)CORTANTES BASALESDIR -X+Y (OLEAJE SOBRE CUBIERTA - DECK, 15.850 m.)Q d -x+y = 0.3538h3 + 6.6253h2 - 754.5h + 9651.6R2 = 0.999802004006008001000120022.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00ALTURA DE OLA(M.)CORTANTE (TON.)REBOMBEO PRODUCCINGH(h) =442.21e -0.6864hR2 = 0.99980.000010.00010.0010.010.110 5 10 15 20 25H (m)GH(h)12 1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"13ELEVACIN DE LA CUBIERTA INFERIOR( )1001ln ln 100133 . 2 exp HBBH RSR HH S R oRSUoooo o |(((

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\|= = UH ECI 765 . 0 = Categora Muy Alta: 410 36 . 1= x Pof equivalente a64 . 3 =o| 0 . 18100 = H m (que cubre la sonda de Campeche y la Regin Norte) 0 . 2 = o ,89 . 0 =SB ,32 . 1 =RB ,775 . 0/ ln=S Ro ,38 . 0ln=Ho 99 . 24 =UH m 12 . 19 = ECI m. ECI mnima por SEGURIDAD0200400600800100010 12 14 16 18 20ECI (m)MILES DE USD .COSTO POR MOVILIZACIN DE EQUIPO COSTO PORMANTENIMIENTO DESPUS DE EVENTOS EXTREMOSCOSTO TOTAL1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"14ELEVACIN DE LA CUBIERTA INFERIOR0200400600800100010 12 14 16 18 20ECI (m)MILES DE USD .COSTO POR MOVILIZACIN DE EQUIPO COSTO PORMANTENIMIENTO DESPUS DE EVENTOS EXTREMOSCOSTO TOTAL| | | | | |MTO ME TC E C E C E + =| | ( ) PVF C P 1 C EME f ME =B ME MER T C =( ) | |rr 1 1PVFL + =Costos Esperados dependientes de la ECI2.533.544.51 2 3 5 6 7 8Plataf ormandice de Confiabilidad Anual .ECI +15.850ECI +19.100| | fvp C C EMTO MTO=ROB MTOC 10 1 C . =( ) ( )== = =41 dROB ROBd D P d D C C( )( )( )( ) LnLL kL kfvp1 nn n1 kkvvovvo(((

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\|II= = =exp! ,, Categora de daoInundacin de la Cresta (m) Categora de daoInundacin de la Cresta (m)7153010102030401 2 3 4Categora de daoDas de barcoNivel de dao Descripcin general del dao1 Pasamanos y sealamientos daados.2 Escaleras torcidas, ms los daos del nivel 1.3 Movimiento de equipo, ms los daos del nivel 2.4 Trabes o elementos estructurales pandeados y/o flexionadospor el oleaje en la cubierta, ms los daos del nivel 3.GH(h) = 14.616e-0.3985HMAXR2 = 0.99750.00010.0010.010.110 10 20 30 40H MAX (m)GH(h) ELEVACIN DE LA CUBIERTA INFERIORCostos Esperados dependientes de la ECI1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"ELEVACIN DE LA CUBIERTA INFERIORCosto TotalElev. Cub. Elev. Cub.Plataforma Tirante Inferior Categara Inferior Pf(1-Pf) TMERBCMEE[CME] fvp CMTOE[CMTO] E[CTOTAL](Diseo) (Analizada) (Das / Ao) (USD / Da) (USD / Ao) (USD) (USD) (USD) (USD)PP-1 57.91 15.85 ALTA 15.85 0.0001273 0.9998727 16.5 93,789 1,547,511 16,030,175 6.61 722 4,769 16,034,94419.10 0.0000674 0.9999326 16.5 88,994 1,468,399 15,211,584 6.61 57 376 15,211,960PP-2 63.40 15.85 ALTA 15.85 0.0004106 0.9995894 16.5 93,789 1,547,511 16,025,633 6.61 722 4,769 16,030,40219.10 0.0002657 0.9997343 16.5 88,994 1,468,399 15,208,567 6.61 57 376 15,208,943PP-3 71.39 15.85 ALTA 15.85 0.0001235 0.9998765 16.5 93,789 1,547,511 16,030,236 6.61 722 4,769 16,035,00519.10 0.0000967 0.9999033 16.5 88,994 1,468,399 15,211,138 6.61 57 376 15,211,514PP-4 78.30 17.84 MUY ALTA 17.84 0.0000678 0.9999322 16.5 88,994 1,468,399 15,211,577 6.61 722 4,769 15,216,34719.10 0.0002205 0.9997795 16.5 88,994 1,468,399 15,209,254 6.61 57 376 15,209,631PP-5 49.40 19.10 MUY ALTA 19.10 0.0000188 0.9999812 16.5 88,994 1,468,399 15,212,323 6.50 13 87 15,212,41015.85 0.0000459 0.9999541 16.5 93,789 1,547,511 16,031,480 6.50 225 1,462 16,032,942PP-6 50.00 19.10 MUY ALTA 19.10 0.0000128 0.9999872 16.5 88,994 1,468,399 15,212,414 6.50 13 87 15,212,50115.85 0.0000191 0.9999809 16.5 93,789 1,547,511 16,031,910 6.50 225 1,462 16,033,371PP-7 57.40 19.10 MUY ALTA 19.10 0.0000946 0.9999054 16.5 88,994 1,468,399 15,211,170 6.61 57 376 15,211,54615.85 0.0001718 0.9998282 16.5 93,789 1,547,511 16,029,462 6.61 722 4,769 16,034,231PP-8 60.75 19.10 MUY ALTA 19.10 0.0001709 0.9998291 16.5 88,994 1,468,399 15,210,009 6.61 57 376 15,210,38515.85 0.0002643 0.9997357 16.5 93,789 1,547,511 16,027,979 6.61 722 4,769 16,032,748Costos Esperados dependientes de la ECISe Recomienda ECI = 19.10 mESTADOS DE MAR PARA EL DISEO POR TRANSPORTACIN PARMETROS PARA DISEO EN CONDICIONES DETRANSPORTACINNRF-003-PEMEX-2000 NRF-003-PEMEX-2007Altura de ola significante Hsig (m) 5.38 4.50Perodo pico espectral (s) 11.86 9.0 11.0 Velocidad de viento asociado con Hsig a 10 m sobre el NMM(m/s) 14.36 13.95Velocidad superficial de corriente asociada con Hsig (cm/s) 26 333 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 161E-41E-30.010.11 infinito5 dias10 dias1 ao 100 aos P[ Hs > h | T < t0 ]Hs(m)Probabilidades de excedencia de alturas de ola significanteasociadas a trayectos de duracin dada2.50 4.81 0.11 26.285.00 4.50 0.08 24.7310.00 4.18 0.05 23.3315.00 3.98 0.05 22.2020.00 3.84 0.04 21.7910RT10SH10|| |%010t T h H PSs >0 10 20 30 40 500.000.050.100.15 10 days, D0= 0.95 5 days, D0= 0.95 5 days, D0= 0.80 5 days, D0= 0.70Expected lossesroll D, (degree) Prdida total esperada vs giro de diseo (roll)| | ( ) = = + + + =1) 1 (01) 1 ( 10) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) (nt n nF F Dnt n nF F D D D D TFTFT Te p C C e p p C C C E 1er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"CONCLUSIONES Se justific la necesidad de la Aplicacin del Riesgo y Confiabilidad Estructural En el estudio se integr la Sonda de Campeche, la Regin Norte y Litoral de Tabasco Se emple una nueva metodologa para obtener las alturas de ola ltima para diseo y evaluacin Se ratifica la elevacin de cubierta inferior en los 19.10 m Se incorpora para el diseo un anlisis de colapso por resistencia ltima Se proporciona nuevos estados de mar para el diseo por transportacin obtenida Se dan, para diseo, alturas de ola correspondientes a los 100 aos de periodo de retorno Se trabaj con informacin metocenica reciente, del ao 2006. Hay incrementos en esta altura de ola y en las corrientes con respecto a la informacin de 1996 Se incorpora a la norma la posibilidad de obtener la confiabilidad anual de las plataformas Los resultados y soluciones a problemas especficos en estas investigaciones se plasmaron en la NRF-003-PEMEX-2007181er. Simposio Anlisis, diseo, evaluacin, inspeccin y mantenimiento de plataformas marinas. Aspectos relevantes"LO QUE SIGUE La conversin del formato WSD al LRFD: Especificaciones para diseo y evaluacin de plataformas fijas en el formato LRFD Avanzar hacia tirantes mayores: Estudios para establecer las condiciones de diseo y evaluacin metocenico y ssmico de PLATAFORMAS ALIGERADAS Complementar las recomendaciones del Diseo por Fatiga Incorporar aspectos sobre Extensin de Vida de Servicio (VIDA REMANENTE) Revisin de las especificaciones de Diseo y Evaluacin Ssmica en la Sonda de Campeche y Regin Norte Proporcionar especificaciones de Diseo y Evaluacin Ssmica para Litoral Tabasco Revisar el Estado Lmite de Servicio Revisar la Fuerza de Oleaje en Cubiertas Revisar la informacin del Crecimiento Marino Revisin de las Condiciones de Instalacin Proporcionar recomendaciones para el diseo de Apndices Revisar los avances en Geotcnia Considerar el tema del Desmantelamiento y Abandono de Plataformas1920MUCHAS GRACIAS