ASPECTOS DEL ANALISIS DINAMICO DE LACENTRAL NUCLEAR ATUCHA II

Carlos A. PratoDepartamento de Estructuras. Facultad deCiencias Exactas Fisicas y Naturales.Universidad Nacional de C6rdoba.Cordoba - Argentina.

Luis M. AlvarezAntonio R. GodoyPablo E. Capelli

Empresa Nuclear Argentina de CentralesElectricas S.A. - ENACE S.A.Buenos Aires - Argentina.

En el presente trabajo se describen algunos aspectossalientes del analisis dinamico de distintos edificios dela Central Nuclear Atucha II sometidos a solicitaciones detipos sismico e impulsivo (Onda de presion provocada poruna explosion externa de origen quimico).

This paper describes some important dynamical analysisaspects of Nuclear Power Plant Atucha II buildings,subjected to the seismic and impulsive loads (Chemicalexternal explosion pressure wave).

Se describen las metodologias de analisis seguidaspara la obtenci6n de espectros de respuesta de pisocorrespondientes al sismo potencial maximo en el Edificiodel Reactor (UJA/B) y para la determinacion de lasrespuestas dinamicas maximas ante una onda de presi6nproducida por explosi6n quimica. en los Edificios deManiobras (UBA) y Auxiliar del Reactor (UKA) de la CentralNuclear Atucha II.

La Central Nuclear Atucha II. actualmente enconstrucci6n. esta emplazada junto alas instalaciones dela Central Nuclear Atucha I. a una distancia de 100 km dela Ciudad de Buenos Aires y cercana a la localidad de Lima.En las figs. 2.1 y 2.2 se presentan una perspectiva de lafutura planta y de su layout general y en las figs. 2.3 a2.7 se presentan cortes horizontales y verticales de losEdificios del Reactor y de Maniobras.III. OBTENCION DE ESPECTROS DE RESPUESTA DE PISC EN ELEDIFICIO DEL REACTOR.

Las mismas estan resumidas en los espectros derespuesta a campo libre del sismo potencial maximo dediseno (fig. 3.1), que se han adoptado a los efectos de laelaboraci6n del presente trabajo. La estratigrafiacorrespondiente a la zona del sitio de emplazamiento haside graficada en Ie fig. 3.2.3.2) Definicion de la acci6n sismica en la base del modelede antilisis.

Debido a que no se dispone de un dato preciso sobre laprofundidad a que se encuentra la roca de base del lugar.se han formulado dos hip6tesis diferentes a los efectos delpresente antilisis.Una de ellas consiste en suponer que elespesor significativo del manto de sueIo es tal que elperiodo natural del estrato de suelo s6lo, coincide can elpico del espectro de respuesta definido a campo libre quese indica en la fig. 3.1. De esta manera se obtiene unespesor de suelo significativo de 30 metros. Con este datose procedi6 a efectuar una deconvoluci6n del espectro ensuperficie mediante el uso de acelerogramasrepresentativos, utilizandose para ello un modelo deanalisis basado en la viga de corte (Ref. 1). De estamanera se produjo un espectro en la base del estrato desuelo tal que su oorrespondiente espectro en superficie seacompatible con el espectro oorrespondiente al 7% deamortisuamiento critico, proporcionDdo como data en 1a fig.3.1.

Como segunda hip6tesis se Ie asigno al estrato desuelo una protundidad de 60 metros. Aplicando la misma

metodologia se repiti6 el analisis de deconvoluci6nllegandose a la conclusi6n que, con las propiedadesmecanicas conocidas de los diferentes estratos, no esposible reproducir el espectro en superficie a traves deuna axcitaci6n en la base de dichos estratos que seacompatible con los parametros basicos que justifican laaccion sismica posible en el sitio.

A partir de los acelerogramaspara una profundidad de 30 metros,mismos para construir un espectroTodos los espectros enunciados hanfig. 3.3.

"en roca". generadosBe han utilizado lOB

evolvente en roca".side representados en

3.3) Definici6n del modelo de analisis dinamico del sistemasuelo-estructura.

Para la elaboracion del mismo se ha aceptado lahip6tesis que el comportamiento dinamico de la estructurapuede ser convenientemente representado por medio de unmodele axilsimetrico. El mismo ha side procesado por mediodel programa ASHSD2 utilizandose elementos de cascara paramodelar el comportamiento de losas y tabiquescircunferenciales, en tanto que con los elementosvolumetricos ort6tropos se ha modelado el comportamiento delos tabiques radiales y del suelo. La maJla OA elementosfinitos esquematizada en figs. 3.4 a 3.6 esta constituidapor 90 elementos de cascara y 126 elementos volume~ricos.con un total de 575 grados de libertad dinamicos. Laspropiedades mecanicas fundamentales utilizadas p~ra elmodelo son las siguientes :

Propiedades de Hormig6n Acero Suelolos Materiales (Ref. 2)

MOdulo E 3.50x10" 2.10x10" 540KN/m"" KN/m'" MN/m""

MOdulo G 1.46x107 8.08x10-~ 200KN/m2 KN/m'" MN/m"'

Peso Especifico 24.0 76.5 1.9KN/ms KN/m" tn/ms

Por medio del modelo descripto en el apartado 3.3) sehan calculado los primeros siete modos y frecuenciasnaturales de vibraci6n del sistema. junto con suscorrespondientes factores de participacion modal,habiendose obtenido los resultados que se describen en latabla indicada en la pagina siguiente.

Modo Perlodo Factor deNatural Natural Participaci6n

1 0.70636 199.6762 0.42961 42.8793 0.39695 25.4654 0.36155 19.155b 0.33591 5.0976 0.29948 22.7217 0.27544 26.597

De la salida total de resultados correspondientes alos vectores caracteristicos, se transcriben a continuaci6nlas componentes fundamentales correspondientes acorrimientos horizont8oles de cuatro nudos representativosde 180ubic8oci6n de los equipos mas importantes del Edificiodel Reactor.

Modo Nudo Nudo Nudo Nudo1 6 14 68

1 -.007598 -.007184 -.006500 -.0056392 .014700 .012630 .009256 .0052433 -.003359 -.003171 -.002633 -.0023604 -.012440 -.009572 -.004968 .0005005 -.009375 -.006127 -.000996 .0047126 -.004335 -.003626 -.002954 -.0020477 -.011660 -.006324 -.002961 .002723

A partir de los resultados obtenidos en el pasoanterior y utilizando el metodo de analisis propuesto en laRef. 3. se han elaborado los espectros de respuesta de laestru~tura correspondientes a los nudos indicados en latabla anterior. Para el sistema primario se utiliz6 uncoeficiente de amortiguamiento del 7%, en tanto que para elsistema secundario se utiliz6 un 3%. Los resultados finalesobtenidos son los representados en 180 fig. 3.7, en la cualse pueden observar notables amplificaciones (del orden de11.7) para las aceleraciones espectrales en coincidenciacon el periodo fundamental de la estructura.

IV. CALCULO DINAMICO DEL EDIFICIO DE MANIOBRAS - EXPLOSIONEXTERNA.

El analisis comprende la obtenci6n de las respuestasdinamicas de 10s edificios de Maniobras, Auxiliar delReactor y la del terreno de fundaci6n ever fig. 4.1), anteuna onda de presi6n por explosion qui.ica.

La formulaci6n del modele se fundamenta en lassiguientes hip6tesis:

a) Modelo de estado plano segun el eje transversal deled.ificioUBI..

b) Materiales ~lasticos lineales con amortieuamiento detipo viscoso.

c) Comportamiento rigido del edificio UKA.

En 18 Fig.4.2 se presenta el esquema de la malla deelementos finitos elaborada para la resoluci6n delproblema. en cuyo desarrollo se han utilizado un total de346 nudos. 290 elementos de estado plano y 25 elementos debarra.

Edificio UBA: las figuras 2.6 y 2.7 muestran.respectivamente, un corte y una planta tipicos de laestructura donde son presentados sus elementosestructurales principales. Los tabiques transversales sonmodelados por medio de elementos rectangulares de estadoplano. mientras que los longitl..ldinales10 son medianteelementos dp. harra. Se adopta una distribuci6n discreta demasas en correspondencia con los niveles principales de laestructura.

Edificio UKA: su comportamiento rigido es simu1adomediante elementos de barra, dispuestos en el contorno desu fundaci6n y en 1a vinculaci6n de su masa estructural.representada por medio de una masa concentrada. con elresto de la estructura.

Suelo: el perfil del terreno es modelado de manera derepresentar las variaciones de las caracteristicasestatigraficas. Para ello fueron utilizados elementosrectangulares de estad,)plano con una distribuci6n continuade masa. La zona modelada para el analisis abarca unalongitud de 950 m y se extiende hasta una profundidad de125 m.

M6dulo E (UBA)M6dulo E (UKA)Coef. PoissonCoef. de Amort.Peso Especif.

3. x107 KN/nf'3.x10· KN/ni"0.205 %24. KN/m:3

La determinaci6nestratos surge a partirlas Refs. N'"4 y 5 y desuelos realizados para

del mOdulo G de 10s diferentesde los procedimient08 definidos enla consideraci6n de 105 estudios deel proyecto. El coeficiente de

amortiguamiento fue adoptado en funci6n de la distorsi6nmedia del suelo de fundacion (Ref. 2). La siguiente tablapresenta un resumen de los val ores utilizados.

Cota G Coef. de Coel.de P. Esp. Obs.m KN/m2 Poisson Amort. KN/m"

.•.251.5x1CP 0.35 5" 18.0 a)

- 153.Ox1 0'" 0.35 5" 20.0 b)

- 402. 5x 10"" 0.35 5" 18.0 c)

- 454.5x10'" 0.35 5% 20.0 d)

-100

Obs: a) CL-CH. ML-MH. Valores medios.b) SP-SM. Valores medios.c) CHd) SP-SM

La determinacion de las funciones carga-tiempo surgede Informes de Cargas Especiales propios del proyecto (Ref.6). Estas funciones son reproducidas en la figura 4.3.

El analisis fue realizado mediante la aplicaci6n delmetodo de superposici6n modal. utilizando el programa SAPIV en la modalidad de integracion numerica paso a paso delas ecuaciones dinamicas del sistema. En la tabla siguientese presenta un resumen de los periodos fundamentales de 106primeros diez modos naturales de vibraci6n del sistemasuelo- estructura.

Modo Periodo Natural(seg)

1 1.2262 1.1763 1.0304 0.9105 0.9026 0.7987 0.7538 0.720g 0.683

10 0.685

En laB figuras 4.4 a 4.7 se presentan 105 resultadosde desplazamientos verticales correspondientes a cuatrozonas caracteristicas del modele analizado, en tanto que enla tabla siguiente se consignan los corrimientoshorizontales absolutos maximos correspondientes a nudos delas mismas verticales.

Vertical Nudo DeBp. Horiz. Abs.Max. (x 10-" m)

I 83 0.213685 0.493686 0.522388 0.622290 0.6754

II 161 0.8215163 1.1730164 1.2960165 1.3750166 1.3360

III 205 2.0280208 2.3340209 2.3990210 2.4890211 2.5660

IV 258 1.0150260 1.7350261 1.7750263 1.8410265 2.8000

Los resultados obtenidos para las distorsiones de losdiferentes estratos de suelo, se encuentran dentro delrango de 2.x10'-'~a 2.x10''''e implican una reducci6n delm6dulo G del orden del 2% al 11%, mientras que para elcoefiente de amortiguamiento no se aprecia una variaci6n deinteres practico.

1) C. A. Prato, Elver Delmastro. "Analisis Dinamico deVigas de Corte por Integraci6n Numerica en el Dominio de laFrecuencia". Facultad de Ciencias Exactas Fisicas yNaturales de la Universidad Nacional de Cordoba. Julio1985.2) Bolognesi, Moretto. "Informe Tecnico N° 10". InformeTecnico de Suelos Para Atucha II. Enero 1981.3) "Seismic Response Analysis of MultipleSecondary Systems". R. A. Burdisso. VirginiaInst. of State University. April 1986.

ConnectedPolytechnic

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