1

CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE

IPG2017-2513: RISK ASSESSMENT OF HYDROCARBON PIPELINES FACING NATURAL HAZARDS

José Vicente Amórtegui Gil Escuela Colombiana de Ingeniería Bogotá, DC, Colombia.

CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE

IPG2017-2513EVALUACION DEL RIESGO EN DUCTOS DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS ANTE AMENAZAS NATURALES

José Vicente Amórtegui Gil Escuela Colombiana de Ingeniería Bogotá, DC, Colombia.

2

SITUACIÓN DE RIESGO.

DEFINICIÓN DE RIESGO.

Riesgo = f (Probabilidad de rotura, Consecuencia)

• Probabilidad de rotura del ducto = • f (Exposición, Mitigación, Resistencia)

• Exposición : Probabilidad de que el proceso amenazante afecte la tubería.

• Mitigación: Acciones tendientes a controlar la amenaza.

• Resistencia: Capacidad del sistema para resistir las amenazas.

• Consecuencia: Costo de los daños y la reparación.

R = Pa x V x CR: riesgo a que está expuesto el sistema, en unidades de costo ($),

Pa: probabilidad de ocurrencia de la amenaza, durante el tiempo de exposición del sistema a dicha amenaza,

V: vulnerabilidad del sistema a la amenaza, expresado en la fracción de daño esperado,

C: consecuencia, expresada como el costo del daño y su reparación ($).

3

• ASME B31.8 S

Dependientes del Tiempo:Corrosión externa.Corrosión interna.Agrietamiento por corrosión.Fatiga.

Independientes del tiempo: Daños por terceros.Operaciones incorrectas.Clima y fuerzas externas, incluye movimientos del te rreno.Falla aleatoria de equipos. Defectos de manufactura.Deficiencias de construcción.

EVALUACIÓN DE RIESGO: Amenazas sobre ductos.

EVALUACIÓN DE RIESGO: Amenazas sobre ductos.

• ASME B31.8 S (Propuesta de modificación).

Dependientes del Tiempo:Corrosión externa.Corrosión interna.Agrietamiento por corrosión.Fatiga.Clima y fuerzas externas, incluye movimientos del t erreno.

Independientes del tiempo: Daños por terceros.Operaciones incorrectas.Falla aleatoria de equipos. Defectos de manufactura.Deficiencias de construcción.

4

EVALUACIÓN DE RIESGO: Procesos Geológicos y Meteorológicos que pueden considerarse Amenazas.

• Deslizamientos y desprendimientos.• Hundimientos y subsidencias.• Erosión.• Expansividad y colapsabilidad de suelos.• Meteorización de rocas y suelos.

• Terremotos y tsunamis.• Vulcanismo.• Diapirismo.• Neotectónica.

• Lluvias torrenciales y precipitaciones intensas.• Inundaciones y avenidas.• Huracanes.• Tornados.

Geodinámicos externos

Geodinámicos internos

Meteorológicos

EVALUACIÓN DE RIESGO: Amenaza por clima y fuerzasexternas - Ciclo Tectónico.

El ciclo tectónico genera la formación y destrucción de placas, la formación de montañas, el vulcanismo, induce los sismos y maremotos, cambia la posición de los glaciares polares; estimula los ciclos de las rocas e hidrológico, éste último con ayuda de las corrientes de la atmósfera y la forma de las montañas participa en los ciclos de las rocas y biogeoquímicos.

5

EVALUACIÓN DE RIESGO: Procedimiento de evaluaciónde la Amenaza por clima y fuerzas externas.

Para la amenaza proveniente del clima y fuerzas externas, incluyendo movimientos del terreno, se debe evaluar la incidencia de los procesos naturales sobre una potencial rotura, las obras de mitigación o refuerzo del terreno que se hayan puesto en práctica, la probabilidad de ocurrencia de dichos procesos naturales y la capacidad del ducto para soportar los efectos de los procesos naturales.

Muchos de los procesos naturales, en sí mismos no afectan la integridad de los ductos, sin embargo, pueden detonar otros procesos que involucren movimientos del terreno, que eventualmente imponen empujes a los ductos.

Desde el punto de vista geotécnico, se tiene la cultura de evaluación de la amenaza, especialmente de deslizamientos, donde los análisis involucran la resistencia y variabilidad de los parámetros, los factores o procesos detonantes (lluvias, sismos) con su probabilidad de ocurrencia, el efecto de las obras de refuerzo y se calcula la probabilidad condicional de que se genere el proceso amenazante, durante un periodo de tiempo.

EVALUACIÓN DE RIESGO: Evaluación de la Amenaza porprocesos de inestabilidad.

Inestabilidad del terreno = f (Resistencia, disposi ción, estado de esfuerzos, detonantes, refuerzo)

Resistencia del terreno = f (litología, humedad, meteorización)

Meteorización = f (litología, clima, uso del suelo)

Estado de esfuerzos = f (densidad, tectónica, presión del agua, esfuerzos sísmicos)

Detonantes = f (lluvias, acción de corrientes de agua, sismos, actividades antrópicas)

Resistencia, es medible y puede tener una variabilidad asociada.

Disposición, es medible con alguna variabilidad.

Estado de esfuerzos, es medible.

Detonantes, se pueden identificar y conocer su influencia y variabilidad.

Refuerzo, efecto de las obras que se han puesto en práctica.

Meteorización, se puede evaluar su tasa de avance y su relación con la resistencia.

Lluvias, se conoce la variabilidad en el tiempo y la función de variabilidad.

Sismos, se tienen evaluaciones de amenaza y su zonificación.

Mediante análisis es posible determinar la probabil idad de ocurrencia de un proceso de inestabilidad.

6

EVALUACIÓN DE RIESGO: Evaluación de la Susceptibili-dad a deslizamientos.

Susceptibilidad Porcentaje (%)

Muy Baja o Baja 51.2

Moderada 29.2

Alta 18.3

Muy Alta 1.3

Fuente: IDEAM- Ecopetrol S.A. 2015.

EVALUACIÓN DE RIESGO: Evaluación de la Vulnerabilidad ante la Amenaza por clima y fuerzasexternas.

• Vulnerabilidad de un ducto = f (Resistencia, Deformabilidad, Estado de esfuerzos, Geometría, Edad, Condiciones de Instalación y Operación, Estado Mecánico).

• Resistencia a la tracción del material del ducto.• Deformabilidad del ducto sin que se afecten sus prop iedades mecánicas.• Estado de esfuerzos a que está sometido el ducto: p resión interna, confinamiento, tensiones

longitudinales, empujes laterales.• Geometría del ducto con respecto al proceso amenaza nte, horizontal y vertical.• Edad del ducto, referida a la historia de esfuerzos a que ha estado sometido.• Condiciones de instalación con respecto al terreno circundante.• Condiciones de operación, puede ser continua o inte rmitente, lo que puede inducir procesos de

fatiga del material.• Estado mecánico del ducto.• Cambios de rigidez, por efecto de aditamentos o rec ubrimientos en el ducto.

7

EVALUACIÓN DE RIESGO: Consecuencias de un derrame de petróleo.

El costo de un derrame de petróleo, en general supe ra los Cinco millones de dólares.Costo que incluye: el producto derramado, el lucro cesante del sistema de transporte, la descontaminac ión, la reparación del ducto, las reclamaciones por daño s y las multas, entre otros.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DEL RIESGO.

Determinar las existencia y localización de los proceso s amenazantes, así como sus causas y detonantes

y evaluar la probabilidad de que se presenten dentro de la zona de influencia de los ductos. (Pa)

Evaluar las características del ducto y su relación con el proceso amenazante, para determinar el potencial

de daño que pueda sufrir (V) (indicarlo como fracción de la unidad V de 0 a 1, cero soporta, 1 falla).

Determinar los costos de las consecuencias de la pérdid a de contención del ducto, sobre el entorno, los

vecinos, la infraestructura regional, las Autoridade s y el Sistema de transporte . (C)

R = Pa x V x C

8

ACCIONES PARA EL CONTROL DEL RIESGO.

CONTROL DE LA AMENAZA: Conocimiento de la amenaza a que puede estar sometida la conducción.Evitar los sitios de amenaza con el trazado de la conducción.Minimizar la afectación del terreno durante la construcción.Reforzar el terreno.Evaluar la evolución de los procesos considerados como amenaza.

CONTROL DE LA VULNERABILIDAD:Evaluar las características de la conducción y su capacidad de soportar la amenaza.Vigilar el comportamiento de la conducción.Mantenimiento del sistema para adecuarlo a los cambios de la amenaza.“Aislar” temporalmente el ducto.

CONTROL DE LAS CONSECUENCIAS:Reducir los elementos expuestos en el área de influencia de la conducción con el trazado.Regulaciones gubernamentales de uso del suelo.Gestión inmobiliaria permanente.Seccionamiento de la conducción.

EJEMPLO: Evaluación de Riesgo en el Oleoducto, ante amenazas naturales.

9

EJEMPLO: Características geomorfológicas a lo largo del corredor del Oleoducto.

OBJETIVOIdentificar todos los elementosvegetales que se encuentran sobre lasuperficie del terreno ya sean naturaleso artificiales relacionados con lascaracterísticas fisiográficas,biogeográficas, económicas y socialesde la zona.

EJEMPLO: Identificación del Uso del suelo a lo largo del corredor del Oleoducto.

10

Insp

ecci

ón

geo

técn

ica

Primera Fase Examen y análisis de la información existente.

Segunda Fase Inspección en campo

Identificar

*Procesos de inestabilidad *Erosión

*Socavación

Tercera FaseElaboración de informes

Mapas de zonificación geotécnica

EJEMPLO: Evaluación geotécnica del corredor.

INSPECCIÓN EN CAMPO

Laminar Surcos Zanjas Cárcavas

EJEMPLO: Procesos erosión a lo largo del derecho de vía.

11

EJEMPLO: Procesos de erosion e inestabilidad a lo largo del derecho de vía.

0

1

2

3

4

Oleducto del Alto MagdalenaProcesos de Erosión

Cárcavas

Zanjas

Surcos

Laminar

0

1

2

Oleducto del Alto Magdalena

Procesos de Inestabilidad Movimientosen la Ladera

Deterioro deTaludes deCorte

EJEMPLO: Evaluación de la Amenaza por procesos de inestabilidad de laderas y taludes del derecho de vía.

12

INGENIERÍA Y GEOTECNIA LTDA.INGENIEROS CONSULTORES

AM

ENA

ZA P

OR

ER

OSI

ÓN

Alta Predomina la existencia de cárcavas

Media Predomina la existencia de surcos y zanjas

Baja Erosión laminar o que no se identificaron procesos

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

EJEMPLO: Evaluación de la Amenaza por procesos de erosión.

Lluvias mensuales y máximas en 24

hrs

77 estaciones pluviométricas

Distribución temporal

Bimodal

Bajas: dic. a ene. y jun. a sep. Altas: feb. a may. y oct. a nov.

Distribución espacial

Lluvia media anual

1000-4000 mm

Valores bajos: Alvarado y Armero

Valores altos: La Dorada

Lluvias de corta duración

(Curvas IDF)

Duración 10 y 120 min TR=2, 5, 10, 25, 30, 50 y 100 años

Caudales medios mensuales y

máximos instantáneos

12 estaciones fluviométricas

Análisis regionalAltas: feb. – may. y oct. – dic.

Bajas: jun. – sep.

Caudales de creciente Caudales máximos instantáneos y

promedios calculados

OBJETIVO

Determinar los regímenes de lluvias ysu comportamiento, determinar lasprobabilidades de ocurrencia paradiferentes periodos de retorno para loscaudales máximos y medios en losprincipales ríos que cruzan elOleoducto.

EJEMPLO: Evaluación hidrológica a lo largo del Corredor del Oleoducto.

13

OBJETIVO

Determinara la profundidad de socavación para los principales cruces subfluviales del Oleoducto, para diferentes periodos de retorno (100, 25 y 2 años)

INSUMOS

Resultados informe hidrológico,

caudales máximos

HEC-RAS

* Velocidades máximas * Niveles

BatimetríasResultados

trabajos de campo

EJEMPLO: Procesos de socavación en los cruces de Corrientes de agua.

EJEMPLO: Procesos de socavación en los cruces de Corrientes de agua.

14

AM

ENA

ZA P

OR

SO

CA

VA

CIÓ

N L

ATER

AL

Y D

E FO

ND

O

Estudios multitemporales

Estudios de hidráulica y socavación

Inspección en campo

CR

ITER

IOS

DE

EVA

LUA

CIÓ

N

Alta

Socavación de fondo con Tr=2 años afecte la tubería (ríos principales)

Divagación o socavación lateral que pueda afectar la zanja y quedar expuesta

la tubería (Ríos principales)

Por socavación lateral y de fondo ya se haya perdido la cobertura de la tubería

Media

Socavación de fondo con Tr=25 años afecte la tubería (ríos principales)

Socavación que ponga en riesgo el DDV y a mediano plazo la tubería

(Ríos principales)

A mediano plazo por socavación lateral y de fondo pueda producir la pérdida de cobertura de la tubería o afecte el DDV

Baja

Socavación de fondo con Tr=100 años afecte la tubería (ríos principales)

El estudio de dinámica fluvial no evidencio divagación lateral

importante (Ríos principales)

No se ha identificado procesos de socavación lateral y de fondo

(corrientes de agua secundarias e intermitentes)

EJEMPLO: Amenaza por procesos de Socavación en loscruces de Corrientes de agua.

EJEMPLO: Amenazas naturales por procesos de erosión, deslizamientos y socavación en el sector considerado.

15

Falla por torsión(PRM)

Evaluación sitios donde la tubería atraviese vanos (Geometría)

Evaluación sitios donde haya depósitos de ladera (Empujes)

Candidatos para falla por torsiónSitios donde coincidan vanos y depósitos

Falla cuando empujedel terreno sobre el tubo supere la resistencia del material

Empuje del terreno (E)

� � ����� � ���� �

� � � ∗ �

Torque de falla por torsión (Tfalla)

���� � ∗ �

�� �� �, entonces

"�##� �$%&$∗'

(

Falla TE=Tfalla

� ��� � ∗ �

� ����� � ���� �� ��()*

EJEMPLO: Evaluación de la Vulnerabilidad – Torsión.

Falla por flexión(socavación)

Evaluación de tramos de tubería que crucen por ríos con procesos de socavación

Fallacuando los esfuerzos de flexión del tubo (generados por el empuje del agua) superen la resistencia del material o cuando se presenten impactos de grandes bloques rocosos.

Empuje generado por la corriente (E)

� � +, ∗ -. � ∗ /01

23� +0 ∗ -.

Momentos flectores

40 � 4, �� ∗ 561

12

4� � 8� ∗ 561

24

Momento resistente máximo

4:0; �<= ∗ > ∗ �1 ∗ .

4

EJEMPLO: Evaluación de la Vulnerabilidad – Flexión.

16

EJEMPLO: Zonificación por Vulnerabilidad del ducto en el sector considerado.

Afectación a comunidades

Explosión y posterior incendio con pérdida de vidas humanas.

Afectación al suministro de agua potable

Afectación ambiental Derrames sobre áreas boscosas, cobertura vegetal y cuerpos de agua.

Afectación económica

Costo correspondiente el petróleo derramado, reparaciones en las tuberías, afectaciones a cultivos y

zonas de pastos para la ganadería, labores de limpieza y descontaminación de suelos y cuerpos de agua ,

indemnizaciones y multas, entre otros

PVH CAM CC Consecuencia (C)

EJEMPLO: Evaluación de las Consecuencias de unarotura del Oleoducto.

17

EJEMPLO: Zonificación por Riesgo en el sector considerado.

CorrecciónPara áreas ya

desarrolladas u ocupadas

Minimizar la probabilidad de

ocurrencia de las amenazas

Construir y restaurar sistemas de drenaje y contención, localizar infraestructura en sitios menos

expuestos

Disminuir la vulnerabilidad de las

estructuras e instalaciones en riesgo

Construir defensas y adecuar tramos de la tubería que se

encuentre en un alto grado de exposición

Manejar el riesgo

*Realizar zonificación del riesgo * Monitorear cambios en el uso

del terreno*Adecuación de la infraestructura

al cambio del uso del terreno. *Actualizar planes de

contingencia.

EJEMPLO: Medidas Correctivas.

18

Cortacorrientes(ml)

Descoles(un)

Muro de gaviones (m3)

Canales de concreto

(ml)

Trinchos de gaviones

(ml)

Rellenos en suelo-cemento

(m3)

16970 940 2242 3937 5087 45

MEDIDAS DE MITIGACIÓN A CORTO PLAZO

Mantenimiento correctivo y preventivo general de las obras de geotecnia del Oleoducto.

Realizar los estudios y diseños detallados sugeridos para los

sitios identificados como críticos durante la inspección

Disminuir la probabilidad de ocurrencia de las amenazas

EJEMPLO: Medidas Correctivas de corto plazo.