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Abelardo Ortiz Silva Divisin de Distribucin y Comercializacin Gerencia de Fiscalizacin de Gas Natural OSINERGMIN

Ingeniero Qumico por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM). Desarrollo su carrera en la actividad Petrolera, en la primera empresa del Per, PETROLEOS DEL PERU -PETROPERU S.A., donde se inici como Ingeniero de Equipo en la Divisin Ingeniera del Dpto. Mantenimiento y Construccin -Talara. Asisti a diversos Seminarios de Capacitacin relacionados a la industria en general y en particular al sector hidrocarburos, tales como: Diseo Mecnico (Recipientes a presin, Sistemas contra incendio, Diseo Mecnico, Intercambiadores de calor). Problemas de Corrosin, relativos a la industria del Petrleo dictado al personal relacionado de Petrleos del Per. (Centro de Capacitacin Petroper). Posee ms de 45 aos de experiencia laboral en empresas del Sector Hidrocarburos, laborando en los ltimos 8 aos en el Sub-sector de Gas Natural de OSINERGMIN, donde fue encargado de la supervisin de Produccin, Procesamiento y Transporte de gas natural. Actualmente se desempea como Especialista de la Divisin de Distribucin y Comercializacin de Gas Natural en el OSINERGMIN y est a cargo de la fiscalizacin de todas las actividades comprendidas en las operaciones de Distribucin Gas Natural en Lima y Callao y para la Regin Ica. Igualmente a cargo de la supervisin y fiscalizacin de las actividades constructivas en el crecimiento vegetativo de los sistemas de distribucin.

I. INTRODUCCION

Los sistemas de tuberas de hidrocarburos estn clasificados como lneas vitales (tales como lneas de transmisin elctrica, carreteras, puentes, etc.) debido a la importancia que tiene su servicio, lo que requiere de un alto nivel de seguridad para un comportamiento seguro ante un evento ssmico. Existe consenso en los investigadores para la necesidad de realizar estudios de riesgo ssmico en los sistemas de tuberas mediante la adaptacin de las metodologas existentes, adaptndolas a las condiciones especficas de un pas, es decir para una sismicidad especfica y que junto a una base de datos actualizada sistemticamente, permita realizar y/o evaluar un estudio de riesgo ssmico para estos sistemas, cuyos resultados debern ser analizados para que stos no se subestimen y conduzcan a una falsa confianza, proponiendo errneas o ineficientes medidas de mitigacin. II. DISCUSIN Y CONCEPTOS

Los estudios de riesgos ssmicos requieren de metodologas que permitan evaluar la calidad estructural de los sistemas de tuberas (vulnerabilidad ssmica), con el objetivo de obtener escenarios posibles de dao como consecuencia de un evento ssmico y que puedan identificar zonas con un elevado riesgo, que una vez identificados se puedan tomar medidas adecuadas para reducirlo.

Grfico N1: Movimiento de la falla causado por un sismo,

Fuente: ORourke y Jeon 2000

IMPORTANCIA DE LA RELACIN SUELO TUBERIA EN EL RIESGO

SSMICO Y SU EVALUACIN A. Ortiz

(PER)

Importancia de la relacin suelo tubera en el riesgo ssmico

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Para la evaluacin del Riesgo Ssmico de los Sistemas de Tuberas se involucran dos conceptos fundamentales:

La peligrosidad ssmica del lugar.

La vulnerabilidad ssmica de las tuberas.

Para la peligrosidad ssmica del lugar se tiene incertidumbre en la prediccin, ubicacin y cuantificacin de la fuerza de un sismo, as como los efectos secundarios que puedan generarse tales como la Licuacin, Desplazamiento de Taludes, Movimiento de fallas activas y Deformaciones Permanentes de Terreno (DPT)

1.

Para caracterizar la celeridad del movimiento ssmico se emplean parmetros como, la Intensidad Macrossmica (Mercalli modificada), Aceleracin del terreno (con nfasis a terremotos recientes), Aceleracin Mxima de terreno o pico, etc. En zonas con fallas cercanas, es importante hacer consideraciones especiales ya que la respuesta dinmica no lineal de una tubera o sistema de tuberas y en particular la respuesta al desplazamiento, es muy sensible a las caractersticas dinmicas del movimiento.

Grfico N2: Mapa de intensidad ssmica mximas en la

escala de Mercalli Modificada para sismos histricos ocurridos entre los aos 1960 y 2014.

Fuente: Hernando Talavera, 2014

1 DPT: Deformacin permanente de terreno, tales como

fallas superficiales, asentamiento ssmico y desprendimiento lateral del terreno debido a la licuacin del suelo.

Por parte de la Vulnerabilidad Ssmica de Tuberas, la incertidumbre puede estar en el comportamiento mismo de las tuberas, la calidad del material, proceso constructivo, mano de obra, antigedad de las tuberas, si stas estn enterradas o no, o si son continuas o segmentadas. Existen trabajos enfocados al estudio del comportamiento ssmico de las tuberas desde mtodos muy simplificados, hasta mtodos utilizando elementos finitos. Se reconoce avance en las recomendaciones para el diseo estructural, ssmico de las tuberas y sus componentes; sin embargo estas recomendaciones solo se aplicaran a estructuras nuevas, siendo costoso o poco viable a las construcciones existentes, que en su mayora fueron diseadas sin considerar normativa ssmica alguna. La vulnerabilidad ssmica es una propiedad intrnseca de la estructura o caracterstica de su comportamiento ante la accin de un sismo donde la causa es el sismo y el efecto es el dao. El alcance de un estudio de vulnerabilidad ssmica usualmente est condicionado por el tipo de dao que se pretende evaluar y el nivel de riesgo existente. Las estrategias para la cuantificacin de la vulnerabilidad ssmica, se orientan en trminos absolutos a matrices de probabilidad de dao, funciones de vulnerabilidad o curvas de fragilidad, las cuales permiten calcular el posible dao que puede sufrir una tubera o un sistema de tuberas dado un sismo de determinado tamao. La mayora de estas funciones utilizan como parmetro del sismo la intensidad macrossmica, la aceleracin mxima o la velocidad mxima del terreno. Existen algunas investigaciones en donde se ha podido construir (o se han utilizado) funciones de vulnerabilidad o curvas de fragilidad. Sin embargo, la aplicacin de cada una de estas metodologas sobre una misma lnea o tubera puede dar origen a apreciables discrepancias, recomendndose combinar los mtodos analticos y empricos con algn mtodo o tcnica experimental. Algunas relaciones empricas de daos basadas en informaciones estadsticas de sismos importantes (histricos para la regin proveniente de una sistemtica base de datos actualizados, existente), pueden utilizarse para estimar el comportamiento futuro del sistema de tuberas.

Grfico N3: Modelo estructural de interaccin suelo tubera sujeto a deformaciones.

Fuente: ASCE, 1984

A. Ortiz

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Respecto del dao ssmico, ste se evala como comportamiento o respuesta ante los diferentes modos de impacto o movimiento, como deterioro fsico. Un sismo puede generar efectos secundarios normalmente adversos para cualquier estructura en especial y para las tuberas, como son la Licuacin, Deslizamientos de Taludes y Desplazamiento de Fallas, en donde su tamao y localizacin de estos efectos secundarios dependern de diversos factores entre los que se encuentran las caractersticas geolgicas y geotcnicas del lugar, principalmente las caractersticas del terremoto (Hipocentro, mecanismo , intensidad, magnitud, duracin o contenido de frecuencias) . Las principales formas de la deformacin permanente del terreno o DPT son las fallas superficiales, deslizamientos, asentamiento ssmico y desprendimiento lateral del terreno debido a licuacin del suelo, que influyen en el dao a las tuberas enterradas. La evaluacin de la magnitud de un sismo corresponde a temas especializados de sismologa y fuera del alcance de este artculo, siendo los efectos secundarios del sismo (Deformaciones Permanentes del Terreno) los que ms afectan a la tubera, dado que las fuerzas de inercia en las tuberas enterradas se desprecian al ser resistidas por el suelo que las rodean. La deformacin permanente del terreno depende de las condiciones locales del suelo y de la presencia de fallas activas y de su movimiento, dado que originan desplazamiento laterales de terreno asociados a licuacin y deslizamiento de taludes.

Respecto de la interaccin suelo-tubera, las tuberas enterradas se daan durante un sismo debido a las fuerzas de deformacin durante su interaccin. La deformacin que sufre el terreno puede descomponerse en dos reacciones, una longitudinal paralela al eje de la tubera y la otra transversal a su eje. Su evaluacin se realiza mediante complejas ecuaciones asociadas a diferentes autores en la estimacin de los esfuerzos y deformaciones que se desarrollan en una tubera enterrada. Estas evaluaciones comprenden a la tubera y la licuacin del terreno, al DPT longitudinal en un modelo de tubera elstica e inelstica y para la evaluacin de la respuesta de tuberas continuas a una DPT transversal. El mtodo, de mayor aceptacin est identificado con elementos finitos. Este mtodo permite la consideracin explcita de las caractersticas no lineales de la interaccin suelo tubera en la seccin transversal y longitudinal as como la relacin no lineal del esfuerzo de tensin para el material de la tubera (T. ORourke, Suzuki et al, and Kobayashi et al). Este mtodo igualmente ha sido utilizado en evaluaciones de la respuesta de tuberas enterradas debido a la accin de la deformacin permanente del terreno - DPT (Liu y M.ORouke). T. O`Rourke simul una deformacin del suelo con una funcin de probabilidad dada, permitiendo una apreciacin grfica de la deformacin del suelo y la tubera (ver grfico N4), facilitando su comparacin con las deformaciones permisibles de la tubera.

Estos autores (Liu y M.ORouke) basndose en los resultados con modelos de elemento finito, encontraron que la tensin de la tubera es una funcin creciente del desplazamiento del terreno.

Grfico N4: Deformacin del suelo y la tubera

Fuente: T. O`Rourke

III. RECOMENDACIN

A mrito de resumen, las actividades sucintamente descritas en este artculo resultan ser un rea muy amplia de investigacin y de variadas disciplinas metodolgicas (actuales y en desarrollo), que al seguir amplindose deben conocerse y aplicndose a diferentes tipos de estructuras y servicios. De ah, que resulta recomendable disponer de una Base Sistemtica de Datos actualizada (Planos, Cartografas, Pruebas de Laboratorio, etc.), con orientacin a imponer una normativa nacional por parte del ente rector competente (IGP) para su aplicabilidad en la construccin. Igualmente resulta recomendable, implementar la prctica de Simulaciones, con data estadstica proveniente de la base de datos de los entes competentes para una apropiada evaluacin de los riesgos ssmicos. IV. REFERENCIAS

American Society of Civil Engineers (ASCE) (1984), Guidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline Systems, Committee on Gas and Liquid Fuel Lifeline, ASCE.

Evaluacin del Peligro Asociado a los sismos y efectos secundarios en Per, Hernando Talavera,2014

Instituto Geofsico del Per (http://www.igp.gob.pe/portal/index.php?option=com_content&view=article&id=161&Itemid=164&lang=es)

O.Rourke, T.D. (1988), .Critical Aspects of SoilPipeline Interaction for Large Ground Deformation, Proceedings of the First JapanU.S. Workshop on Liquefaction, Large Ground Deformation and Their Effects Lifeline Facilities, Tokyo, Japan, November, pp. 118126.

O.Rourke, M. J. and Lui, X. (1999). .Response of Buried Pipelines Subject to Earthquake Effects, Monograph No. 3, Multidisciplinary Center for Earthquake

Importancia de la relacin suelo tubera en el riesgo ssmico

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Engineering Research, University at Buffalo, State University of New York.

Rauch, A. F. (1997), .EPOLLIS: An Empirical Method for Predicting Surface Displacement Due to LiquefactionInduced Lateral Spreading in Earthquake. Virginia Polytechnic Institute, Dissertation Thesis of Ph.D., Blacksburg, Virginia.

Suzuki, N., and Kobayashi, T., Nakane, H., and Ishikawa, M., (1989), Modeling of Permanent Ground Deformation for Buried Pipelines, Proceeding of the Second U.S.Japan Workshop on Liquefaction, Large Ground Deformation and Their Effects on Lifelines Buffalo, New York, Technical Report NCEER890032, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research, Buffalo, New York, pp. 413425.