Análisis de integridad estructural (IE) de estanques verticales empleando el procedimiento API 579 (fitness for service, FFS)

Abstract

En Chile existe un gran inventario de estanques verticales de acero que se utilizan para el almacenamiento temporal o prolongado de líquidos, principalmente agua y combustibles. Como cualquier otro equipo o estructura los estanques envejecen y presentan defectos que influyen en su comportamiento mecánico estructural. Con tal de evitar que los defectos induzcan fallas estructurales se debe asegurar la integridad estructural (IE) del equipo. Esto se realiza a través del análisis de aptitud para el servicio o fitness-for-service (FFS), el cual se define como un análisis cuantitativo y estandarizado para determinar si un equipo es confiable y seguro para operar bajo condiciones específicas en un periodo de tiempo determinado. El objetivo general de este trabajo es desarrollar un procedimiento de análisis de IE de estanques verticales mediante análisis con elementos finitos (AEF), mientras que los objetivos específicos son: i) estudiar la tipología y defectología de estanques verticales de uso habitual en Chile, ii) preparar y adaptar una rutina para el análisis de integridad estructural (AIE) basada en el API 579, iii) analizar casos representativos aplicando la rutina para AIE, y iv) categorizar los resultados según la IE de los estanques verticales analizados. Para lograr los objetivos se realiza un AEF de un estanque vertical de acero de 11,5 𝑚���� de diámetro y 11,2 𝑚���� de altura que presenta cuatro defectos geométricos inducidos por la fabricación. Luego se analiza la estructura as-built, pero se incorporan defectos planos arbitrarios con diferentes dimensiones en cada análisis. Los parámetros utilizados para controlar la geometría y dimensión de los defectos son el radio hidráulico y la profundidad. De esta manera se relaciona la respuesta estructural de los modelos con los parámetros del defecto. En base a los análisis y estudios desarrollados se concluye que el análisis AEF permite una revisión muy detallada de los mecanismos de falla susceptibles de activarse, por lo que en general esta mirada es acertada para la revisión de estanques en uso que no están depreciados. La modelación de un estanque imperfecto conviene realizarla de forma directa al interpolar puntos de control con splines. Se reconoce que los defectos, destacando los altos y pequeños de gran profundidad, inducen esfuerzos secundarios que promueven plasticidad local, la cual no necesariamente induce inestabilidad o colapso de la estructura. Finalmente, las cargas que desarrollan mayor peligro de colapso son, para defectos en los anillos superiores del estanque, viento y presión interna; y, para los anillos inferiores, la presión interna y las cargas sísmicas.