FUNDACIONES EN PLATAFORMAS PETROLERAS

1, 2) Plataformas convencionales fijas; 3) Plataformas de torre autoelevable; 4, 5) Plataformas flotantes tensionadas; 6) Plataformas Spar; 7,8) Plataformas semi-sumergibles; 9) Plataformas en barcos perforadores; 10) Plataformas sustentadas en el zócalo y unidas a instalaciones de extracción en el fondo marino.13

Se presentan las cimentaciones mediante pilotes para plataformas petrolíferas. La lección comienza con la clasificación de los suelos. A continuación se explican las etapas principales del proyecto de los pilotes. Se describenlos diferentes tipos de pilotes y martinetes. Se discuten brevemente las tres etapas fases de ejecución más importantes: trabajo de taller, transporte y montaje.

Clasificación de los SuelosLa estratigrafía del lecho marino es el resultado de un complejo proceso geológico durante el cual diversos materiales se depositaron, remoldearon y compactaron.La textura del suelo está formada por pequeñas partículas minerales u orgánicas que se caracterizan básicamente por su tamaño de grano e interacción mutua (fricción, cohesión).Las propiedades de los suelos dependen fundamentalmente de los siguientes factores:• densidad.• contenido de agua.• índice de sobreconsolidación.

Para los propósitos del proyecto, la influencia de estos factores sobre el comportamiento del suelo se expresa en términos de dos parámetros fundamentales:

• ángulo de fricción.• esfuerzos cortantes residuales Cu.Puesto que con frecuencia se ignora el parámetro menos significativo de los dos anteriores, es posible clasificar los suelos en categorías “ideales”: suelos granulares.• suelos cohesivos.

Suelos GranularesLos suelos granulares son suelos no plásticos con una cohesión entre partículas despreciable. Incluyen:• arenas: caracterizadas por tamaños de partícula grandes y medios (1 mma 0,05 mm) que ofrecen una elevada permeabilidad.• lodos: caracterizados por tamaños de partícula de entre 0,05 y 0,02 mm; generalmente están sobreconsolidados; pueden mostrar cierto grado de cohesión.

Suelos CohesivosLas arcillas son suelos plásticos con un tamaño de partícula inferior a 0,002 mm que tienden a unirse; su permeabilidad es reducida.

Estratos Formados por Varias CapasNormalmente, la naturaleza y las características del suelo que rodea un pilote varían con la profundidad. Para los propósitos de análisis, se divide el suelo en varias capas, cada una de ellas con unas propiedades constantes a lo largo de toda su sección. El número de capas depende de la precisión que requieran los análisis.

DISEÑONormalmente, las plataformas petrolíferas están cimentadas sobre pilotes, profundamente hincados en el suelo (figura 1). Los pilotes tienen que transferir las cargas que actúan sobre la jacket al lecho marino. En este apartado se presentan los aspectos teóricos del diseño de los pilotes.

DIFERENTES TIPOS DE PILOTES

Los pilotes hincados constituyen el tipo de cimentación más habitual y eficaz en función de los costes para las plataformas petrolíferas. cuando el hincamiento no resulta ser una opción práctica pueden elegirse las siguientes alternativas:• pilotes insertados• pilotes perforados y hormigonados.• pilotes acampanados

Pilotes HincadosNormalmente los pilotes hincados están formados por tramos. Tras colocar e hincar el primer tramo largo, los tramos de extensión, denominados añadidos, se colocan pieza a pieza a medida que se prosigue con el hinchamiento hasta alcanzar la longitud proyectada total. Durante los últimos años, en el Mar del Norte se han utilizado habitualmente pilotes de una sola pieza, ya que de esta manera se reduce considerablemente el trabajo que es necesario realizar en el mar. El espesor de pared puede variar. En ocasiones es necesaria una pared de mayor espesor:• en secciones situadas por debajo del nivel del lodo hasta una profundidad especificada, tramo en el que las tensiones de flexión son particularmente elevadas,

• en la punta del pilote (zapata de penetración) con el fin de resistir las tensiones de apoyo durante el hincamiento. No obstante, es preferible un espesor de pared uniforme ya que evita problemas de construcción y de montaje.

Pilotes insertadosLos pilotes insertados son pilotes de menor diámetro que se hincan a través del pilote principal al que se le ha extraído el tapón . Por lo tanto, no se ven sometidos a rozamiento superficial en la longitud del pilote principal y pueden alcanzar una penetración adicional significativa. El pilote de inserción se suelda al pilote principal en la parte superior de la jacket y el espacio circular existente entre ambos tubos se rellena mediante enlechado.

Pilotes Perforados y Rellenados Mediante InyecciónEste procedimiento es el único medio para instalar pilotes con resistencia a la tracción en suelos duros o rocas blandas; es similar al procedimiento seguido para la perforación de un pozo conductor. Se perfora inicialmente un pozo sobredimensionado hasta alcanzar la profundidad de penetración del pilote propuesta. A continuación se baja el pilote, en ocasiones centrándolo en el agujero mediante separadores, y se efectúa el enlechado en el espacio hueco existente entre el cuerpo del pilote y el suelo circundante. Los inconvenientes del diseño son:

• la formación dura del suelo se reblandece cuando se ve expuesta al agua o al lodo utilizados durante la perforación y presenta una menor resistencia al rozamiento superficial.• en el caso de las arenas calcáreas, el relleno externo simplemente aplasta la arena, ampliando ligeramente el diámetro efectivo del pilote pero sin aumentar la fricción de manera significativa.

Pilotes AcampanadosMientras que en tierra los pilotes acampanados se utilizan con el objeto de reducir la tensión de apoyo bajo los pilotes, en las plataformas petrolíferas proporcionan una superficie de apoyo grande con el fin de aumentar la resistencia del extremo al levantamiento. El pilote principal, normalmente hincado, sirve en este caso de tubo de revestimiento a través del cual un equipo de perforación perfora un agujero ligeramente sobredimensionado. A continuación, una herramienta para abocinar (trépano ensanchador) agranda la cavidad hasta formar una campana cónica con un diámetro de base algunas veces mayor que el del pilote principal. Se introduce una estructura de armadura dentro de la campana que a continuación se rellena de hormigón utilizando un árido fino (10 mm de tamaño máximo).101