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ANÁLISIS E INTERVENCIÓN DE ALIVIO DE ESFUERZOS POR DESLIZAMIENTOS LONGITUDINALES A LA TUBERÍA CASO

KM 35+690 OCENSA

ANDRÉS OCAMPO, MAURICIO PEREIRA, JON HERNANDEZ, JULIAN CORRALES

Descripción General de OCENSA

OCENSA, nace en los llanos orientales en los pozos de Cupiagua y Cusiana, atraviesa la cordillera oriental, las estribaciones de la cordillera central y la sabana norte hasta llegar al puerto marítimo de Coveñas

Movimientos Longitudinales o Axiales

• En los movimientos longitudinales, el vector de movimiento es paralelo a la tubería, en consecuencia el extremo inferior de la tubería que se constituyen en mecanismos de falla a compresión que podrían generar arrugas y en el extremo superior se constituyen en mecanismos de falla a tensión en las soldaduras que pueden provocar ruptura del material.

Caso de Estudio PK 35+690

• Ubicación: E=1,124,759.51 m N=1,036,846.80 m Elevación=793.577 m

• Municipio Sabana Larga - Casanare

Antecedentes

El movimiento identificado de acuerdo a la comparación de las corridas de la herramienta inteligentes de los años 2005, 2010 y 2013, afecta una longitud de 57m, generando desplazamientos verticales máximos de 15 cm, con aumentos de deformación a flexión que no superan el rango elástico, el movimiento de la tubería no es simétrico es discontinuo y se ubica en la parte baja de una ladera de 22° de pendiente; adicionalmente se observan posibles aumentos en las ovalidades, especialmente en la ovalidad propia de la curva vertical al final del movimiento de terreno en el cruce subfluvial de la quebrada La Piñalera

Desplazamientos máximos de la tubería

• OCENSA Perfil, movimiento horizontal y vertical medido entre las corridas ILI 1997-2013, según Paquete de Excavación para Alivio de Esfuerzos Km 35+690 OCENSA1

• Desplazamiento vertical máximo 15 cm

• Deformación en la base de la ladera del 5%

Revisión de deformaciones

• Comparaciones Geopig 2005, 2010 y 2013, en donde se observa aumento en la ovalidad de la tubería. En la curva vertical realizada apara el cruce de la quebrada La Piñalera

• Detección de defecto en la soldadura circunferencial en la soldadura de la curva

Caracterización Geotécnica

• Con el fin de establecer la situación del terreno frente a la tubería se realiza un estudio geotécnico desarrollando la siguiente información:

• Topografía detallada

• Sondeos a 20m de profundidad

• Excavación de apiques sobre 4 de las juntas definidas con movimiento

• Inspección geotécnica

Apique #1 Km35+622 / junta soldadura Norte 1036833 / Este 1124811 . Profundidad 4, 35m. Desplazamiento del manguito termoencogible 30 cm.

Mecanismo de Falla del deslizamiento

• Deslizamiento traslacional

• La masa se desplaza en sentido longitudinal a la tubería

• Movimiento con velocidad lenta a extremadamente lenta.

• Coluvión activo moviéndose sobre un estrato de roca lutita fracturada de consistencia media.

Caracterización Geotécnica

• Se evidencia coluvión activo

• Se evidencia tubería de Ocensa inmersa en el coluvión en movimiento

• Se observan barreras de Saco Suelo Cemento de hasta 4m de altura que impiden el flujo de aguas subsuperficiales.

• La barreras de saco suelo se comportan como diques transmitiendo el esfuerzo del deslizamiento a la tubería, a falta de manejo de aguas subsuperficial.

Modelación Numérica

• El proceso de la modelación se realiza en 2 sub-modelos:

• El primero con el fin de encontrar la respuesta de la tubería frente al deslizamiento en el paso de la quebrada La Piñalera, para esto se modela 100m de tubo más suelo.

• El segundo modelo se refiere a la respuesta a tensión en el inicio del deslizamiento para lo cual se modelan 200m de interacción suelo tubería, este modelo determina cuánta longitud de la tubería debe ser aliviada hacia aguas arriba del inicio de la deformación.

Modelos Constitutivos

• Tubería

• Elasto Plástico, tubería Ocensa (API-5LX-70)

Modelos Constitutivos

• Suelo

• Con el fin de representar el comportamiento del suelo, este se modeló como elástico, siendo este modelo aceptable ya que se ha demostrado en trabajos anteriores que para desplazamientos de la tubería de hasta 3 m, la respuesta de la tubería es similar usando este modelo o el modelo elasto-plástico con criterio de falla Morh-Coulomb.

• Los parámetros del suelo empleados en el modelo son:

• Módulo de elasticidad (E) = 50 MPa (Correlación ensayo SPT)

• Relación de Poisson= 0.3 (Según la matriz arcillosa encontrada, Braja M. Das 2001.)

Campo de Deslizamientos y Calibración Por Deformación

• Se calibra el modelo con base en la deformación unitaria encontrada en los análisis ILI.

Deformación axial pura en la parte inicial

del movimiento (parte alta del talud)

Deformación axial por

flexión en el cruce de

la quebrada

Primer Sub- Modelo (Cruce Quebrada La Piñalera)

• Punto de mayor deformación (Imagen año 2015 ampliada 5 veces)

• Punto de deformaciones máximas (Cerca de Junta k35+744.31- Abscisa Geopig-Imagen análisis año 2016-ampliada 5 veces)

• En éste punto la tubería se encuentra en compresión por flexión.

Histórico y proyectado de deformación por flexión a compresión en el Cruce de LA Quebrada La Piñalera

0,5700%0,5300%

0,7600%

1,0150%

1,2700%

1,5260%

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

2013 2015 2016 2017 2018 2019

ε(%

)

ε(%

)

D E F O R M A C I Ó N M A X P R O Y E C T A D A P O R A Ñ O A B S C I S A K 3 5 + 7 4 6 ( S E N T I D O H O R A R I O 6 P M )

ε(%) por año Deformación de Emergencia Deformación de Permisible Valores max. Deformación por año

Segundo Sub- Modelo (Tensión aguas Arriba)

• Punto de máxima deformación Aguas Arriba

• Punto de máxima deformación en la parte alta del talud a 4.17 metros se encuentra la junta k 35+671

• Este punto se encuentra en tensión.

Deformaciones Máximas por Tensión proyectadas

1,0986%

1,3140%

1,5286%

1,6958%

2,0107%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

2015 2016 2017 2018 2019

ε(%

)

ε(%

)

D E F O R M A C I Ó N M A X P R O Y E C T A D A P O R A Ñ O

ε(%) por año Valores Máximos

Alivio de Esfuerzos

• De acuerdo a la modelación numérica se realiza alivio de esfuerzos de 140m

• Teniendo en cuenta la pendiente del terreno se determina realiza alivio en 2 etapas, de la misma manera que se desarrollan los sub-modelos numéricos, lo anterior para facilitar la etapa constructiva.

• Se determina iniciar la excavación 32m aguas arriba de la junta 1 inicio del desplazamiento determinado por ILI.

• De acuerdo al monitoreo topográfico se logra una recuperación de la tubería en el sentido vertical de hasta 7 cm

Alivio de esfuerzos

• En el alivio de esfuerzos se realizan Ensayos No Destructivos a cada una de las juntas expuestas, así como a las ovalidades reportadas encontrándose sobre el rango, no se evidenciaron concentradores de esfuerzo o fisuras que afecten la integridad del oleoducto.

• El alivio de esfuerzos logró bajar los valores de deformación por debajo del valor admisible.

Técnicas de Mitigación

• Se determina desarrollar las siguientes técnicas de mitigación frente al deslizamiento que afecta la tubería:

• Manejo de aguas al interior del movimiento con la construcción de filtros para manejo de aguas subsuperficiales

• Reemplazo de Material, se decide realizar el reemplazo del material de relleno por geobloques de acuerdo al esquema

• Disminución de la altura de tapado del ducto.

Reemplazo de Material

Manejo de Aguas Sub-superficiales

Monitoreo Instalado

• Monitoreo del movimiento por medio de la instalación de mojones para monitoreo topográfico

• Monitoreo mecánico del suelo, por medio de galgas de deformación.

Conclusiones

• La información de las herramientas inteligentes en el caso de los deslizamientos longitudinales no es suficiente y se debe complementar y verificar en campo con apiques, búsqueda de evidencia del movimiento sobre el ducto, monitoreo topográfico, instalación de monitoreo.

• En el caso del Km 35 fue concluyente la excavación de apiques sobre las juntas para verificar el estado de los manquitos lo que permitió dar paso al alivio de esfuerzos.

• En deslizamientos axiales a la tubería es necesario realizar destape de la tubería en la zona sometida a tensión al menos dos y medio unidades de tubería para aliviar el efecto del deslizamiento axial sobre el tubo, sin embargo esto no es una regla general sino que debe aplicarse con precaución ya que la misma depende del movimiento vertical que haya tenido la tubería a lo largo de los años, el material de la tubería y su diámetro. Por lo cual la mejor opción es el modelamiento de la tubería.

• Es necesario complementar y calibrar los modelos de interacción suelo tubería con instrumentación en campo tipo inclinómetros con el fin de mantener un sitio monitoreado y para poder reducir la incertidumbre frente a una posible falla de la tubería.

Conclusiones

• Los métodos de mitigación utilizados en el Km 35 hasta el momento presentan un buen desempeño, de acuerdo a las mediciones de las galgas de deformación instaladas en la tubería, sin embargo no son una regla general para otros posibles deslizamientos axiales a la tubería y es necesario medir y modelar sus resultados en el tiempo

• Los geobloques de reemplazo del suelo circundante a la tubería buscan disminuir la interacción entre suelo y oleoducto, disminuyendo las fuerzas por fuste durante el desplazamiento del terreno dado el contacto entre la arcilla del coluvión y la superficie de la tubería. Por esta razón estos geobloques deben estar instalados a los lados de la tubería y sobre ella en toda la longitud del movimiento.

• Debido a las condiciones del oleoducto al instalar un codo previo al cruce de la tubería de la quebrada La Piñalera, se inducen errores en los resultados de la herramienta inteligente, los cuales deben ser tenidos en cuenta cuando se están analizando éste tipo de deslizamientos axiales a la tubería.

Conclusiones

• Se observa que las deformaciones a compresión de la tubería por efectos del deslizamiento axial en la parte baja del deslizamiento son mayores a los valores de tensión de la misma en la parte superior, por lo cual el comportamiento de la tubería ante una posible falla puede darse primero generando una arruga del material en la parte baja, este es un dato que debe ser siempre revisado en la identificación de deslizamientos axiales a la tubería.

• Es necesario continuar realizando modelaciones geotécnicas y calibraciones del modelo con las resultados de monitoreo geotécnico y con el fin de aumentar el conocimiento de los efectos de los deslizamientos axiales a la tuberías enterradas

Agradecimientos

• Ing. Mauricio Pereira, Solsin Ingeniería

• Ing. Jon Hernandez, OCENSA gerencia de Planeación de Mantenimiento

• Ing. Julian Corrales, OCENSA, parte del grupo civil y de geotecnia de OCENSA.

• Ing. Adalgiza Ramos OCENSA, parte del grupo civil y de geotecnia de OCENSA

• Dirección de operaciones de OCENSA, Ing. Hernan Bedoya, Juan Diego Colonia Gerente de Operación y Mantenimiento, Hugo Garcia y Diego Carvajal superintendentes.