Diseño Sísmico de Estructuras y Fundaciones en Instalaciones Eléctricas de Transmisión

Seminario 19 de Octubre 2010

“Comportamiento y Experiencia del Sector Eléctrico Chileno a raíz del sismo de Febrero 27 de 2010”

Marcela AravenaSubgerente General

SDI-IMA

Raúl AlfaroDirector de Servicios de Diseños Civiles

Dessau Ingentra

� Normas sísmicas NCh

� Para diseño sísmico de: Edificios (NCh 433), Estructuras e instalaciones

� Generalidades

� Protección de la vida, asegurar la operatividad

� Permitir deformación (daños)

� Normas NCh, Norma Técnica, Especificaciones Técnicas

� Diseño Sísmico en Chile

� Para diseño sísmico de: Edificios (NCh 433), Estructuras e instalaciones industriales (NCh 2369) y Edificios con aislación sísmica (NCh 2745)

� Esfuerzo sísmico:

• Espectro: aceleración basal, tipo de suelo, tipo de material/estructuración

• Importancia de la estructura/instalación

� No son aplicables a “equipos de generación y transmisión ni a las subestaciones principales, los que se deben regir por especificaciones especiales” (Artículo 11.11 NCh 2369)

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� Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (Título 3-2, Exigencias Generales, Octubre 2009)

� Para asegurar la calidad asísmica, en el diseño se aplicarán las normas chilenas.

� Donde no existe norma chilena se deberá usar la especificación técnica ETG-1020 de ENDESA, o la IEEE Std 693-1997 en la condición de “High Seismic Performance Level”.

� Diseño Sísmico en Chile

� Para las instalaciones existentes a la fecha de vigencia de la presente NT, también serán aplicables las normas asísmicas utilizadas en sus respectivos diseños, tales como las especificaciones técnicas ETG-A.0.20 o ETG-A.0.21 de Transelec, ETG-1013 o ETG-1015 de ENDESA.

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� Especificaciones Técnicas aplicables al diseño de e quipos eléctricos y sus estructuras de soporte en Chile

� ETG 1.013: Especificación de Endesa para el diseño sísmico utilizada hasta el terremoto de 1985

� ETG 1.015: “Diseño Sísmico” (1987)Especificación desarrollada por don Arturo Arias (Q.E.P.D) para el cálculo de las solicitaciones sísmicas de obras civiles, mecánicas y eléctricas asociadas a los proyectos de Endesa

� ETG 1.020: “Requisitos de diseño sísmico para equipo eléctrico”

� Diseño Sísmico en Chile

� ETG 1.020: “Requisitos de diseño sísmico para equipo eléctrico”Extracto de la ETG 1.015 correspondiente a la sección de equipos eléctricos (1997); actualmente de propiedad de Ingendesa (ETG I-1.020)

� ETG A.0.20: “Especificación de diseño sísmico de instalaciones eléctricas de alta tensión”Especificación de Transelec (2001) para cálculo de solicitaciones sísmicas de equipos eléctricos de alta tensión. Basada en la ETG 1.020. Versión actual del año 2009 (Versión 7)

� ETG A.0.21: “Diseño sísmico de estructuras de subestaciones”Especificación de Transelec (2005) para cálculo de solicitaciones sísmicas sobre estructuras y fundaciones de subestaciones. Basada en la ETG 1.015.

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� Comparación general Especificaciones ETG y Normas N Ch

� Aceleración sísmica vertical

� Aceleración basal horizontal

� NCh: 3 zonas sísmicas, aceleración basal: 0,2 g – 0,3 g – 0,4 g + Coeficiente de importancia de la estructura / instalación (1,2 para obras críticas)

• Zona 3 de NCh + Instalación crítica = 0,48 g

� ETG: Equipos y estructuras de soporte son independiente de donde se instalen; diseño se hace para Ao = 0,5 g

� Diseño Sísmico en Chile

� Aceleración sísmica vertical

� NCh: 2/3 Ao/g

� ETG : 0,6 Ao/g

� Factor de reducción de la respuesta según material

� ETG y NCh: R = 1 para materiales/estructuras frágiles (equipos) en el rango elástico (sin deformación)

� ETG y NCh: R = 3 para materiales dúctiles de acero y hormigón (estructuras de soporte y fundaciones)

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� Las estructuras de líneas de transmisión se diseñan para tensión máxima de los conductores debido a condiciones climáticas extremas: viento máximo + T° mínima

� Solicitación de viento máximo sobre la estructura es alta (80 kg/m2 mínimo según NSEG 5) y se considera como condición normal

� Solicitación sísmica sobre la estructura es proporcional a su peso: estructuras livianas, solicitación sísmica baja. Adicionalmente esta es una condición eventual

� Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión

� Las estructuras de líneas de transmisión no requier en diseñarse � Las estructuras de líneas de transmisión no requier en diseñarse para resistir solicitaciones sísmicas.

Sin embargo, presentan fallas debido a los terremotos principalmente como consecuencia de

• Fallas del suelo (licuefacción, deslizamientos de terreno, etc.)

• Problemas constructivos

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� Deslizamiento de Suelo

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� Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Desli zamiento de Suelo

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� Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Probl emas Constructivos

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� Equipos pesados

• Transformadores de poder, reactores.

• Se anclan directamente a la fundación.

• Poca amplificación dinámica.

• Tiene componentes flexibles (estanques interiores, estanques elevados de aceite, bushing).

� Sismo y Equipos de Subestaciones

� Equipos livianos

• Pararrayos, TP, TC, desconectadores, etc.

• Se anclan a la fundación mediante estructuras de soporte.

• Amplificaciones dinámicas importantes

� Comportamiento durante un sismo

� Proteger los equipos (elementos frágiles)

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� Diseño de Estructuras para Equipos Flexibles de Sub estaciones

� Metodología de diseño actual:

• Estructura forma parte del equipo: Análisis conjunto equipo + estructuraResponsable: proveedor del equipo

Mesa vibratoria Análisis dinámico

� Oscilación de la estructura no debe acoplarse con l a del equipo

• Estructura no forma parte del equipo: Diseñar un estructura rígidaResponsable: ingeniería del proyecto

?�

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� Diseño de Estructuras para Equipos Flexibles de Sub estaciones

∆

� Estructura rígida:

F = M*g

� Mínimo 4 veces la frecuencia fundamental del equipo ó 30 Hz

M

Oscilador libre de 1 grado de libertadM = masa del equipo aplicada en el

nivel superior de la estructura

∆ = desplazamiento de la estructura

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K = rigidez

F = M*g M

� Diseño de Fundaciones de Equipos de Subestaciones

� Nivel basal (plano donde se considera aplicada la acción sísmica): sello de fundación

� Distribución de masa sísmica horizontal:

• Distribución uniforme: proporcional al peso de los componentes y aplicadas en sus respectivos centros de gravedad

• Distribución triangular: proporcional al conjunto de los pesos y alturas de las partes sobre el nivel basal

� Equipos pesados y anclados directamente a la fundación donde no existe rotación en la base: distribución uniforme

� Equipos pesados y anclados directamente a la fundación con posibilidad de rotación en la base (fundados en aluviales o suelos blandos) (ETG 1.015): distribución triangular

� Equipos livianos (movimiento de cabeceo):• Acción sísmica sobre conjunto equipo + estructura + fundación• Distribución combinada de masa sísmica horizontal• Factor de reducción para el cálculo del momento en la base de la fundación

� Sismo vertical simultáneo hacia arriba o hacia abajo, según combinación más desfavorable

existe rotación en la base: distribución uniforme

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� Criterios Importantes a Considerar en el Diseño Sís mico

� Topes sísmicos o llaves de corte en equipos pesados

� Estructuras de soporte que no se acoplen a la oscilación de los equipos

� Materiales :• Estructuras de soporte: dúctiles• Pernos de anclaje: dúctiles y con resiliencia garantizada

� Diseño de estructura de soporte y pernos de anclaje para Ao = 0,5 g (equipo)

� Diseño de fundación: considerar aceleración basal del suelo donde se ubica lasubestación según zonificación sísmica (ETG A.0.21)subestación según zonificación sísmica (ETG A.0.21)

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Zonificación sísmica NCh

� Fundaciones para equipos pesados: controlar deslizamiento

� Fundaciones para equipos livianos: controlar giro/volcamiento aceptando un mínimo de 80% de superficie de apoyo (área comprimida bajo la fundación) para la solicitación sísmica (NCh y ETG A.0.21)

� Informe de Mecánica de Suelos del sitio de la instalación

� Criterios Importantes a Considerar en el Diseño Sís mico

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� Comportamiento del Sistema de Transmisión por Sismo del 27/02/2010

� Pronta reposición del servicio: buen comportamiento

� Obras de transmisión diseñadas y construidas bajo los estándares símicos de las ETG tuvieron daños acotados en equipos

� Fallas puntuales en líneas de transmisión por fallas de suelo y otros problemas constructivos no atribuibles al esfuerzo sísmico sobre las estructuras

� Buen comportamiento de estructuras y fundaciones en subestaciones� Buen comportamiento de estructuras y fundaciones en subestaciones

� Está en análisis comportamiento de estructuras y fundaciones en la falla de equipos eléctricos.

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� Recomendaciones

� Unificar / consensuar criterios de diseño entre los distintos especialistas

� Desarrollar Guía / Manual de Diseño Sísmico para reemplazar las ETG sísmicas actuales, las que son de propiedad de empresa particulares:

� Equipos eléctricos

� Estructuras de soporte y fundaciones

� Revisión/actualización de esta Guía / Manual de manera periódica

� Nuevos materiales� Nuevos materiales

� Análisis de comportamiento sísmicos en laboratorios para nuevos equipos (proveedores de equipos)

� Comportamiento de instalaciones en sismos en otros países

� Guía / Manual debe estar al alcance de quien lo requiera

¿Puede el Cigré asumir esta tarea?

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Muchas gracias

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