AICE 2013 Presentacion Pipa Braden Parte 2 Rev 8 3
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AICE VI Congreso Anual de Ingeniería Estructural Proyectando la Experiencia Chilena
Estudio de Estabilidad y Vulnerabilidad de la Pipa Briden – El Teniente 1
Estudio de Estabilidad y Vulnerabilidad de la
PIPA BRADEN
Segunda Parte
Tomás Guendelman B.
Jorge Lindenberg B.
Alfredo Eisenberg G.
Noviembre 2013
AICE VI Congreso Anual de Ingeniería Estructural Proyectando la Experiencia Chilena
Estudio de Estabilidad y Vulnerabilidad de la Pipa Briden – El Teniente 2
Segunda Parte
Estudio de Vulnerabilidad Estructural de la Pipa Braden
Propósito:
Validar los resultados del estudio preliminar, tomando en consideración efectos
no lineales de la parte descubierta de la pipa (Capacidad Continua) y las
variaciones de la demanda sísmica en el tiempo (Demanda Continua).
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Resultado de la evaluación preliminar de la estabilidad
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Procedimiento de análisis
Consistirá en determinar el diagrama Capacidad-Demanda y, a partir de ahí,
determinar las zonas seguras e inseguras que conlleva la explotación.
demanda continua
capacidad continua
t
Cs
Zona
segura
Zona
insegura
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Etapas e hipótesis de análisis
Se utiliza un modelo de Elementos Finitos con elementos tipo BRICK.
Se desarrolla un programa de análisis tipo “Pushover”, con consideraciones de la plastificación de los elementos que alcanzan el estado de falla.
Se determinan las Tensiones Principales en cada EF.
Se considera desvinculación total de la parte ubicada por encima del empotramiento.
Propiedades geométricas y mecánicas de la Pipa, en cada elemento finito, provienen del aporte ponderado de las diferentes componentes geológicas que en ellos intervengan.
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Se aplican variaciones en la profundidad H de excavación. La base horizontal a profundidad H se considera empotrada.
La altura libre de la pipa, H, se relaciona con el tiempo de exposición (t), de
acuerdo a que el programa de explotación para el modelo teórico supone
que se alcanza la cota basal 1820 en el año 2027, lo que significa que H
aumenta 400 metros en 25 años. En esta forma, si para 2002 el valor de H
es de 650 metros, la relación entre H y t es:
Se consideran 5 casos de profundidad de excavación, dadas por las
siguientes cotas de empotramiento: +2220; +2120; +2020; +1920 y +1820.
Para la evaluación de las nuevas propiedades, se emplea el criterio Mohr-Coulomb, matemáticamente consistente con los criterios de plastificación.
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Se considera la acción de cargas gravitacionales y sísmicas.
Las cargas sísmicas se evalúan a través de las fuerzas de inercia que se generan mediante un campo de aceleraciones triangular invertido, desde el empotramiento del modelo hasta su cúspide.
La aplicación de cargas sísmicas se realiza mediante pequeños incrementos (método pushover), modificando propiedades y capacidades resistentes de un ciclo a otro, en función de los desplazamientos y tensiones del ciclo inmediatamente anterior.
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Información proveniente de los 5 casos de análisis
1. Curvas de Capacidad: Coeficiente Sísmico Cs vs. Desplazamiento lateral,
en diversas cotas verticales. De entre ellas, la curva del nivel superior define
la que se emplea para efectos de determinar la Ductilidad Global .
2. Story Drift (/H): Curvas que relacionan el Coeficiente Sísmico Cs con el
cuociente entre el Desplazamiento Lateral Relativo () y la Diferencia de Cotas (h) entre las que se mide. En este estudio se eligen bandas horizontales distantes a 100 metros.
3. Gráfica de contorno basal sano y porcentaje de superficie basal dañada en
función de Coeficiente Sísmico Cs.
4. Curva de degradación de rigidez lateral.
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Coeficiente Sísmico Crítico (Csc)
Es aquel que origina la primera de las siguientes situaciones:
1. Daño (esfuerzos máximos) en más del 15% de la superficie basal.
2. Degradación de la rigidez lateral en más de 50%.
3. Ductilidad Global superior a 2.
4. Story Drift (/h) superior a 1% (= 1 metro).
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Formulación continua del riesgo
Debido a que la Pipa aumenta su zona expuesta en el tiempo, es importante realizar un estudio de vulnerabilidad que tome en cuenta las variaciones de capacidad, como asimismo de la demanda sísmica.
La Pipa se ve expuesta en forma permanente a una demanda sísmica creciente en el tiempo, ofreciendo una capacidad resistente cada vez menor. El cuociente entre la capacidad ofrecida y la demanda sísmica permite identificar rangos de seguridad estructural.
Se desarrollaron formulaciones continuas para medir el Riesgo de la Pipa.
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Se aplica al modelo teórico, con la debida consideración de que la
explotación a lo largo del tiempo, conlleva un debilitamiento debido, entre
otras, a las siguientes causales:
incremento permanente de la altura libre del cono;
efecto creciente de excentricidad de las cargas verticales;
acciones sísmicas que sobrepasen niveles máximos de deformaciones elásticas;
acciones degradantes continuas debidas a daño, de tipo acumulativo a
una tasa anual d, tales como las debidas a sismos menores de alta frecuencia de ocurrencia;
reducción instantánea r de las capacidades resistentes debida a efectos
tales como: presión de poros, temperatura, creep y tensiones de origen tectónico.
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Capacidad Discreta
Csc: Coeficiente Sísmico para el que se agota la Capacidad resistente de la pipa
W H
V=CsW
Modelo de Análisis
Pushover
sc
Csc
Cs
Curva Pushover
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Capacidad continua (evolutiva)
año 2002 2007 2012 2017 2022 .....
Csc
Valor discreto
curva de ajuste
W H
V=CsW
W H
V=CsW
W H
V=CsW
W H
V=CsW
W H
V=CsW
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Capacidad Crítica Reducida C’sc, debida a daño
( ) ( )
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Demanda Sísmica Continua en el Sitio
Los estudios geofísicos de tipo probabilístico desarrollados en este estudio, permiten determinar la Demanda Sísmica Continua para fuentes sísmicas costera y superficial.
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Curvas de Demanda
0.00
0.05
0.10
0.15
0 10 20 30 40 50
Tiempo de Exposición
(medido en años a partir de 2003)
Cs
d (
% p
es
o)
Costero RS= 0.10
Superficial RS= 0.10
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Curvas Capacidad - Demanda
Capacidad para Kd=50%; r=0.00; d=0.00
Demanda para RS=10%
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0 10 20 30 40 50
Tiempo de Exposición (años)
Cs' (%
pes
o)
Costero
Superficial
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Riesgo Potencial de Daño Sísmico
Se mide a través del Factor de Seguridad Sísmico Fss dado por
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Factor de Seguridad Sísmico
Método Probabilístico para RS=10%
Capacidad para Kd=50%; r=0.00; d=0.00
0.1
1.0
10.0
100.0
0 10 20 30 40 50
Tiempo de Exposición
(medido en años a partir de 2003)
Fss Costero
Superficial
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Riesgo Potencial de Daño Sísmico, Demanda determinística
Factor de Seguridad Sísmico
Método Determinístico
Capacidad para Kd=50%; r=0.00; d=0.00
0.1
1.0
10.0
100.0
0 10 20 30 40 50
Tiempo de Exposición
(medido en años a partir de 2003)
Fss
I= 6.0
I= 6.5
I= 7.0
I= 7.5
I= 8.0
I= 8.5
I= 9.0
I= 9.5
I= 10.0
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Conclusiones
1. Se observa un importante aumento en el potencial de explotación en
relación a lo obtenido en los estudios lineales preliminares.
2. Existe una muy satisfactoria concordancia entre la demanda sísmica de tipo
probabilístico con la de tipo determinístico, para Intensidades en torno a VIII,
para fuente sísmica costera.
3. La explotación, en estos términos, se puede extender desde 23 años hasta
33 años, a contar de 2002, según se trate de una fuente sísmica superficial
o costera, respectivamente.
4. En estas conclusiones no se incorporan degradaciones de rigidez debidas a
deterioro por causas acumulativas (d) o instantáneas (r), pero deberán
observarse y tomar las precauciones correspondientes, en caso de
ocurrencia.