SDI-Ingentra V2

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
Raúl Alfaro
Subgerente General
SDI-IMA
Director de Servicios de Diseños Civiles
Dessau Ingentra
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
11.11 NCh 2369)
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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 ETG1020 de ENDESA, o la IEEE Std 693-1997 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.
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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 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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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)
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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
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Deslizamiento de Suelo
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Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Deslizamiento de Suelo
8
Sismo y Estructuras de Líneas de Transmisión. Problemas Constructivos
9
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)
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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
Análisis dinámico
Mesa vibratoria
•
?
Estructura no forma parte del equipo: Diseñar un estructura rígida
Responsable: ingeniería del proyecto
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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
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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
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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
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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
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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
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
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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