En el presente documento se ahondará en varios puntos importantes como actualmente se calcula la probabilidad de falla de una estructura costa afuera de forma más precisa sobre las plataformas fijas tipo jacket y TLPs.
In this document, several important points will be delved into as currently the probability of failure of an offshore structure is calculated more precisely on jacket-type fixed and TLP platforms.
INTEGRIDAD DE LAS INSTALACIONES
La mayoría de las empresas propietarias de plataformas marinas se centran en la integridad de sus instalaciones y en lo específico de su plataforma, que es el principal activo. La gestión de la integridad de la estructura presenta una la estructura confiable a lo largo de su vida útil lo que requiere calcular su probabilidad de falla y tener un criterio para el índice de confiabilidad o la probabilidad de falla en base a las consecuencias en caso de falla.
SOBRE LA PROBABILIDAD DE FALLA
Hay muchas investigaciones y desarrollo para definir la probabilidad de falla de la estructura, que es lo contrario a la definición de confiabilidad estructural. Los análisis de confiabilidad de estructuras costa afuera OSRA (offshore structure reliability análisis) a menudo se requieren en la reevaluación de estructuras existentes; este es particularmente el caso de las plataformas fijas que experimentarían cargas de oleaje en la plataforma en periodos de retorno elevados. Una OSRA (offshore structure reliability análisis) permite cuantificar el riesgo de falla de la plataforma y comprender el efecto de cualquier medida para mitigar las consecuencias. Una entrada clave en este análisis es la carga metoceánica en condiciones extremas. Otra es la probabilidad de que ocurran esas condiciones.
Existen principalmente dos métodos para definir la confiabilidad de la estructura y su probabilidad de falla: el método de confiabilidad de primer orden (first order reliability meth FORM), el método de confiabilidad de segundo orden (second order reliability method SORM) o la simulación utilizando la técnica de simulación de Mote- Carlo. La mayoría de las investigaciones van a utilizar métodos de segundo momento, ya que pueden calcular la variabilidad de la carga y la resistencia.
En el informe DNV (1995) se usó el método del segundo momento, pero el informe usó cuatro ecuaciones de estado límite que son el estado límite último (Ultimate limit state ULS), que presenta fallas peligrosas como miembro inelástico, deriva libre o hundimiento de la estructura en caso de plataformas de piernas tensionadas (tension leg platform TLP.) y Estados límite de fatiga (Fatigue limit states FLS), que presentan el fallo por carga cíclica como en el caso de fatiga en la unión, Estado límite de colapso (Collapse limit state CLS) que presentan un colapso completo en efecto anormal y también el estado límite de servicio (serviceability limit state SLS) que presenten el incumplimiento de su función en condiciones normales.
Otro método, que se está utilizando en los últimos años, es el propuesto por Ersdal (2005). Ersdal en su tesis propuso un modelo probabilístico simple que incluye una relación entre el indicador RSR y la tasa de falla anual para las estructuras existentes instaladas en el Mar del Norte en aguas poco profundas o de profundidad intermedia. En este estudio, la carga de ola se calculó en términos de la altura máxima anual de ola con probabilidad de excedencia igual a 10-2. También se supuso que la altura máxima anual de las olas seguía una distribución Gumbel. Se supuso que la capacidad última era igual a la carga de las olas calculada multiplicada por la RSR utilizando la ecuación UCR = RSR × (C1x H100 C3) en la que RSR es la relación de fuerza de reserva, C1 xH100 C3 se supone que es la carga de diseño.C1 y C3 son los coeficientes de carga que deben extraerse de una curva ajustada a los resultados del cálculo de carga. Luego, la probabilidad de falla se estima utilizando el enfoque de Monte Carlo basado en el número total de simulaciones y el número de muestras que caen en el dominio de falla.
La relación entre la RSR contra la probabilidad anual de falla también se ha establecido como Pf =10 -0.0886-1.9976 RSR. También es importante señalar que hay algunas limitaciones en este estudio y algunos peligros posibles como la corrosión y el modo de falla relacionado con pilotes han no ha sido incluido.
En este Libro se presentan mas investigaciones sobre estos temas y su aplicación práctica.
Hay una investigación reciente en 2006 y 2007 centrada en el cálculo de la probabilidad de falla, como estudios sobre tormentas estacionales en el GoM. En estos estudios se evaluó el desempeño de las plataformas fijas de acero tipo jacket en Katrina y Rita.
Sin embargo, algunas investigaciones hacen la simulación, pero también consideraron estas dos variables solo para que no se obtenga el beneficio de la simulación. Al utilizar la simulación, podemos presentar la variabilidad de cada elemento, lo que es muy complicado y los factores que son muy complicados de realizar en el caso de las estructuras en alta mar.
Por lo tanto, la mayoría de las investigaciones definen la variabilidad de la carga y presentan la onda por sus parámetros estadísticos y algunos de otros consideran la resistencia y la carga como probabilística y todos los demás factores son deterministas.
Como un caso ideal que nos proporciona más precisión y necesita más investigación y desarrollo es considerar todas las variables y nosotros la simulación y habrá una integración entre la simulación mediante el uso de un software de bola de cristal similar a monte-carlo o El análisis de riesgo B y el análisis de la estructura costa afuera por parte de SACS, en este caso, se requiere ejecutar el software SACS al menos 10,000 veces, como se describe en la sección anterior.
Como se presenta en el libro, un nuevo enfoque mediante el desarrollo de software para conectar monte-carlo con el paquete de análisis de estructuras costa afuera SACS. Será costoso, pero es el caso real calcular la probabilidad de falla de la estructura en alta mar.
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Autor: Salvador Alfredo de J. Navarrete Sam | Linkedin: https://www.linkedin.com/in/alfredo-navarrete-sam-/
Ingeniero Civil estructurista y geotecnia con experiencia en análisis, diseño y evaluación de plataformas petroleras, naves industriales, edificación y puentes.
México. Instituto politécnico Nacional
Especialidad en Estructuras y Maestría en Geotecnia
Proyectos notables Plataforma Habitacional Ku-H (altura de 150 m) y Viaducto elevado del tren México-Toluca estación observatorio tramo III.
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