Diseño Sísmico de Estructuras y Fundaciones en Instalaciones Eléctricas de Transmisión

Transcripción

1 Seminario 19 de Octubre 2010 Comportamiento y Experiencia del Sector Eléctrico Chileno a raíz del sismo de Febrero 27 de 2010 Diseño Sísmico de Estructuras y Fundaciones en Instalaciones Eléctricas de Transmisión Marcela Aravena Subgerente General SDI-IMA Raúl Alfaro Director de Servicios de Diseños Civiles Dessau Ingentra

2 Diseño Sísmico en Chile Generalidades Protección de la vida, asegurar la operatividad Permitir deformación (daños) Normas NCh, Norma Técnica, Especificaciones Técnicas Normas sísmicas NCh 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 NCh 2369) 2

3 Diseño Sísmico en Chile 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 de ENDESA, o la IEEE Std en la condición de High Seismic Performance Level. 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. 3

4 Diseño Sísmico en Chile Especificaciones Técnicas aplicables al diseño de equipos 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 Extracto de la ETG 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 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

5 Diseño Sísmico en Chile Comparación general Especificaciones ETG y Normas NCh 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 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) 5

6 Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión 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 Las estructuras de líneas de transmisión no requieren 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 6

7 Deslizamiento de Suelo 7

8 Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Deslizamiento de Suelo 8

9 Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Problemas Constructivos 9

10 Sismo y Equipos de Subestaciones 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). 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) 10

11 Diseño de Estructuras para Equipos Flexibles de Subestaciones Oscilación de la estructura no debe acoplarse con la del equipo Metodología de diseño actual: Estructura forma parte del equipo: Análisis conjunto equipo + estructura Responsable: proveedor del equipo Mesa vibratoria Análisis dinámico? Estructura no forma parte del equipo: Diseñar un estructura rígida Responsable: ingeniería del proyecto 11

12 Diseño de Estructuras para Equipos Flexibles de Subestaciones Estructura rígida: Mínimo 4 veces la frecuencia fundamental del equipo ó 30 Hz M F = M*g K = rigidez Oscilador libre de 1 grado de libertad M = masa del equipo aplicada en el nivel superior de la estructura = desplazamiento de la estructura 12

13 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 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 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 13

14 Criterios Importantes a Considerar en el Diseño Sísmico 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 la subestación según zonificación sísmica (ETG A.0.21) Zonificación sísmica NCh 14

15 Criterios Importantes a Considerar en el Diseño Sísmico 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 15

16 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 Está en análisis comportamiento de estructuras y fundaciones en la falla de equipos eléctricos. 16

17 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 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? 17

18 Muchas gracias 18