trabajo final estructuras hidraulicas v01
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ESPECIALIZACIONPATOLOGIADELACONSTRUCCION
INFORME SOBRE PATOLOGIAS EN LA PLANTA DE EL DORADO PATOLOGIA EN ESTRUCTURAS HIDRAULICAS
Docente: Doctor Andrés Mauricio Núñez López. Elaborado por: Ing. Gabriel Humberto Ovalle Barragán.
BOGOTA D.C OCTUBRE DE 2.012
Trabajo Final Módulo de Patologías en Estructuras HidráulicasInformesobrelasPatologíaspresentadasenlaPlantadeTratamientodeelDorado
PropiedaddelaEmpresadeAcueductoyAlcantarilladodeBogotá.
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Especialización en Patología de la Construcción – Universidad Santo Tomas /Bogotá
Ing. Gabriel H
umberto Oval
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INTRODUCCION
El presente trabajo recoge la experiencia obtenida como producto de la visita realizada a la Planta de Tratamiento “El Dorado”, Propiedad de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá ESP, localizada en la localidad de Usme, al oriente de la Ciudad, y que hace parte del proceso de Producción de agua potable para la ciudad. Por sus características de operación, las estructuras que la componen, se ven expuestas a sufrir diversas patologías que pueden afectar la prestación del servicio. En la visita de reconocimiento, se adelantaron las respectivas labores de evaluación de lesiones, registro fotográfico, levantamiento de esquemas, identificación de probables causas, verificación de condiciones de entorno y georeferenciación. Para entender con mayor claridad los riesgos que se pueden presentar, es necesario entender el proceso de potabilización y como se pueden afectar las diferentes estructuras por los procesos que se dan en la operación, De igual manera es relevante la descripción de los aspectos ambientales y la descripción geográfica de la planta.
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JUSTIFICACION
Es importante considerar el hecho que la Planta de Tratamiento El Dorado, tiene un importante peso dentro del sistema de distribución de agua para la capital de la Republica y por tal razón tanto el estudio de la vulnerabilidad como el cuidado que debe tenerse respecto de patologías que conlleven cierres parciales o definitivos de algún componente, amerita que se preste atención a estos eventos y se realicen revisiones periódicas que permitan resolver los inconvenientes que se puedan presentar sin tener que disminuir la capacidad de potabilización o tener que programar algún cierre que sería nefasto para los usuarios finales. Además dentro del campo meramente pedagógico es una buena oportunidad para demostrar alguna pericia recogida dentro del desarrollo del módulo de Patología en Estructuras Hidráulicas.
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OBJETIVOS General: El objetivo general de este trabajo radica en el establecimiento de las patologías que afectan la estructura objeto del estudio, para demostrar con este análisis la competencia adquirida dentro del módulo de Patología en Estructuras Hidráulicas dentro de la especialización de Patología de la construcción. Específicos Presentar adecuadas hipótesis que permitan determinar mediante métodos racionales, las causas que originaron las lesiones que pueda presentar la estructura. Desarrollar una metodología de intervención acorde a las necesidades planteadas para el paciente. Determinar las condiciones de seguridad que se presentan en la actualidad con la ocurrencia del fenómeno patológico que se desarrolla. Determinar la incidencia de las condiciones de entorno del paciente en el desarrollo de las lesiones que presenta el paciente. Establecer las causas raíces que generan el proceso patológico y sugerir métodos de intervención para eliminarlas..
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LOCALIZACION
Fig 1. Localizacion General.
La PTAP El Dorado se encuentra localizada en la vereda El Uval de la localidad de Usme, distante 10 Km del embalse la regadera, que es de donde se ubican las estructuras de captación tiene una capacidad máxima de tratamiento de 1.6 m3/s. De acuerdo con la localización geográfica se ubica bajo las coordenadas N 4°28’36,42” por O 74°5’57,52” y una altitud de 2930 msnm. Se llega por la vía que de Bogotá conduce a la ciudad de Villavicencio, pasando el cruce para conectar con la antigua vía, antes del primer túnel.
Fig 2. Ruta de Acceso a la PTAP el Dorado.
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DESCRIPCION GENERAL DE LA PTAP EL DORADO. Para poder entender los riesgos que se pueden generar por la operación de la planta de tratamiento, es necesario conocer su funcionamiento y como se desarrollan los diferentes procesos dentro de ella. A continuación se hará una breve descripción de estos a fin de hacer claridad sobre este particular.
La Planta de Tratamiento de Agua Potable El Dorado, propiedad de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá ESP., trata agua principalmente de tres fuentes Naturales. La primera fuente es el embalse Los Tunjos ubicado en el páramo de Sumapaz a 3.850 msnm, de donde toma 1 m³/s, la segunda es el Embalse de Chizacá a 3765 msnm, de donde toma 6 m³/s y finalmente el embalse de la regadera a 3765 msnm, de donde toma 4 m³/s. La importancia estratégica de esta Planta es que surte a los habitantes de la ciudad que se encuentran por encima de los 2800 msnm. El agua es conducida por una tubería de 34”hasta la planta en donde se realiza la potabilización, tal como se presenta en el esquema.
Fig 2. Esquema de Operación de la PTAP.
Cámara de Entrada. Esta estructura es un tanque en concreto reforzado con una capacidad de 32,85 m³ y una profundidad de 3,65 m. En el costado derecho esta provisto de un vertedero de rebose de 1,6 m³/s
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Foto 1. Vista Lateral de la camara de Entrada. Foto 2.Vista Superior del vertedero.
Cascada.
En este sitio se genera la reaireación del agua, por medio de un vertedero semicircular. En este proceso el agua se satura de oxigeno con lo que se consigue la precipitación de algunos metales pesados que se encuentran en disolución en el agua, además de oxidar el hierro para eliminarlo. De igual forma en estas instancias se aplica la Pre-cal cuando el agua es muy ácida.
Foto 3. Vista Superior de la cascada. Foto 4.Vista Frontal del vertedero.
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Mezcla Rápida.
El Agua sale de la cascada y pasa por una canela Parshall de 1,94 m de ancho, que posteriormente se reduce a 1,20 m generando un resalto hidráulico, el cual es aprovechado la mezcla rápida del coagulante (Sulfato de Aluminio). Al final de la canaleta el ancho vuelve a aumentar hasta 1,52 m.
Foto 5. Ingreso a la Canaleta Parshal. Foto 6. Salida de la Mezcla Rápida. Floculación. Este el proceso mediante el cual las partículas son aglutinadas de forma tal que su tamaño y densidad aumentan para que puedan ser retiradas en un proceso posterior denominado Sedimentación. La floculación puede ser de dos tipos Hidráulica o Mecánica en la primera el agua es conducida a baja velocidad por canales o tabiques diseñados para este fin, con lo cual se consigue que las partículas choquen unas con otras y se forme el floc, mientras que en el mecánico mediante dispositivos externos se provee la energía requerida para que se produzca este mismo fenómeno.
Fig 3 Esquema de Floculadores Hidraulicos.
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Fig 4. Esquema Floculador Mecánico.
Foto 7. Floculador Hidraulico. Foto 8. Floculardor Mecanico. Sedimentación. Este proceso consiste en el retiro de los flocs producidos en el proceso anterior. Se ejecuta mediante la utilización de varios tanques en paralelo en donde el agua se mantiene en reposo por un determinado espacio de tiempo para garantizar que por gravedad los flocs formados se decanten por el incremento de peso y densidad debido a la acción del sulfato de Aluminio. En virtud del problema de tiempo para realizar el proceso tradicional se crearon los floculadores de alta tasa que reducen considerablemente el tiempo de este proceso y garantizan que se puedan tratar mayores caudales de agua.
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Para el caso de la PTAP el Dorado el sedimentador está provisto de placas inclinadas a 60°, de tal forma que el agua asciende y pasa por encime de estas al siguiente proceso.
Foto 8. Sedimentador de alta tasa PTAP El Dorado. Filtración.
Este proceso consiste en hacer pasar el agua por un medio poroso, con el fin retirar todas las partículas que no fueron removidas en los procesos anteriores, obteniéndose un agua clarificada y casi lista para el consumo humano.
Para el caso específico de la PTAP el Dorado, se utiliza una filtración convencional tal como se describe anteriormente, para la cual el agua ha pasado por un tren de tratamiento convencional antes de pasar por los filtros. El lecho filtrante es antracita con lo que se garantiza un filtrado eficiente.
Desinfección.
En este proceso se destruyen o inactivan los microorganismos patógenos por medio de una sustancia química u otro método.
Para este caso la adición corresponde a Cloro, ya que hasta el momento es el químico que más ha demostrado efectividad y es el más económico, adicionalmente el cloro residual permite mantener la desinfección a lo largo del sistema de distribución.
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Foto 9. Vista Superior de filtros Foto 10. Vista lateral de filtros
PATOLOGIAS OBSERVADAS EN LA PTAP EL DORADO. En el recorrido realizado por la PTAP se han podido evidenciar el inicio de algunos procesos patológicos que tienen que ver fundamentalmente con el contacto del agua con el concreto. Dentro de las que podemos contar: Erosión mecánica: Se define la erosión como el desgaste excesivo de la superficie del concreto por efecto de la acción abrasiva de fluidos o sólidos en movimiento.
Foto 11. Erosión en el fondo. Foto 12. Detalle de erosión de fondo.
La magnitud del deterioro, está relacionado con la frecuencia, velocidad, tamaño, perfil, densidad y dureza de las partículas en movimiento por unidad de tiempo. Siendo producida por acciones mecánicas debidas al oleaje.
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Foto 13. Erosión en el extremo. Foto 14. Exposición de acero de refuerzo.
Erosión por Cavitación: El deterioro por cavitación es una forma especial de corrosión-erosión debido a la formación y al colapso de burbujas de vapor en un líquido cerca de una superficie metálica, que ocurre en turbinas hidráulicas, hélices de barcos, impulsores de bombas y otras superficies sobre las cuales se encuentren líquidos de alta velocidad con cambios de presión. Su aspectos es como el de la picadura por corrosión, pero las zonas dañadas son mas compactas.
Foto 15. Corrosión por cavitación. Foto 16. Detalle de corrosión por cavitación.
Fisuramientos y Agrietamientos: En las estructuras de concreto armado, es muy común y son diversas las causas que generan este fenómeno que puede ser atribuido a fallas de diseño, errores constructivos o el resultado de largos procesos de deterioro. En estructuras hidráulicas, sobre todo en la de almacenamiento, una pérdida de las condiciones de estanqueidad es asunto grave, ya que puede ocasionar hasta un colapso súbito. En el caso específico de la PTAP el Dorado, se evidencia la ocurrencia de estos eventos por reparaciones realizadas en los tanques de floculación.
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Foto 17. Perdida de estanqueidad. Foto 18. Cicatriz de reparación anterior. En la Foto No. 17 se evidencia una pérdida de estanqueidad que limita la capacidad de operación del tanque y que afecta gravemente la estabilidad de la estructura puesto que muy seguramente ha involucrado la armadura. Mientras que en la Foto No. 18, se evidencia la cicatriz de una reparación de una grieta que afecto todo el elemento y que muy seguramente mantuvo fuera de operación el tanque por algún tiempo.
Eflorescencias Estalactitas: Corresponden estas eflorescencias a migraciones de compuestos químicos de la masa de concreto por efectos de lixiviación especialmente de sales. Esta sintomatología evidencia flujos dentro del concreto que nos pueden indicar que existe un inminente riesgo de despasivación del acero de refuerzo y por consiguiente el inicio del proceso de corrosión.
Foto 19. Formaciones estalactiticas. Foto 20. Eflorescencias en vigas.
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Corrosión por contacto con compuestos químicos: De igual forma se observa cómo se inician procesos corrosivos en el sitio de descarga y almacenamiento de los químicos utilizados en la operación.
Foto 19. Mal manejo de los quimicos. Foto 20. Afectación sobre el concreto.
Es posible que se puedan generar Aluminosis o ataques por cloruros aunque en el concreto estos ataques son inocuos toda vez que las mayores afectaciones se dan sobre las armaduras.
METODOLOGIAS DE INTERVENCION.
Dentro de las estrategias de intervención que se han de considerar es importante mencionar algunos aspectos que deben de ser tenidos en cuenta a la hora de pensar una estructura Hidráulica que ha de tener una constante interacción con aguas enriquecidas con compuestos químicos que pueden acelerar procesos patológicos.
De acuerdo con la experiencia y los estudios realizados, se ha establecido una importante correlación entre la resistencia a la compresión de los concretos y la resistencia a la abrasión, por lo tanto es importante considerar que en el diseño se debe pensar que los concretos deben ser de altas resistencias a efecto de garantizar la durabilidad y la efectiva protección de los aceros. Como medida adicional se deben estimar recubrimientos generosos.
Restablecimiento de recubrimientos:
Cuando se supera la vida útil de la estructura, como los procesos abrasivos son función del tiempo, existen recubrimientos que restituyen las condiciones originales de los concretos. Dentro de las características deseables de este método, que el recubrimiento aplicado sea compatible con el sustrato, que no tenga riesgos de toxicidad y que sea UVE estable. Para la implementación de esta estrategia, la clave está en la preparación de la superficie que debe cumplir con los requisitos del fabricante.
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Tratamiento de Fisuras y Agrietamientos: Como mencionáramos anteriormente, las causas que generan fisuras y grietas son diversas y van desde fallas ne la cimentación por asentamientos diferenciales hasta tensiones internas en el concreto por retracción o expansión de los concretos. La prioridad de intervención de estas lesiones obedecerá al establecimiento de la causa raíz para atacarla inicialmente y posteriormente reparar el efecto local. Cabe resaltar el hecho de que en una estructura Hidráulica por la forma de operación la perdida de estanqueidad requiere atención inmediata del efecto. Dentro de los métodos más utilizados esta la colocación de cintas de PVC para sellar las grietas y el cual se ha utilizado en la PTAP de el Dorado.
Eflorescencias: El Tratamiento de eflorescencias se limita al retiro de las formaciones cálcicas formadas y a la impermeabilización del área afectada para evitar que el agua continúe accionando dentro del volumen de concreto lavando y creando canales internos que terminan incorporando elementos químicos que pueden resultar nocivos.
Aluminosis: Considerando que en el proceso de ingreso del agua cruda al tratamiento la primera sustancia que se adiciona es el Sulfato de Aluminio, el riesgo de que se presente este proceso patológico es bastante alto, sin embargo en el recorrido realizado no se detectaron evidencias que este proceso se este dando en alguna estructura.
Reacción Álcali-Agregado (RAA): Se da por complejas reacciones químicas, que ocurren entre algunos tipos de agregados, los cuales contienen ciertos tipos de sílices reactivas (Sílice amorfa o criptocristalina), y los álcalis del cemento, en presencia de humedad. Como producto de estas reacciones se forman geles sillico-calcáreos alcalinos, de menor densidad que los productos reaccionantes y como consecuencia se expanden y provocan deterioro en el concreto. Se manifiesta de forma particular con figuraciones en forma de mapa caracterizadas por trazas de humedad y exudación de gel. En el recorrido no observo ningún síntoma que evidencie que se esté presentando esta patología.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Los principales elementos del diagnóstico son la observación, calificación de las lesiones y los ensayos de laboratorio que nos permitan cualificarlas. Respecto de este informe se cumplieron las dos primeras quedando pendiente la tercera, por tanto es claro que el diagnostico presentado deberá ser reajustado con la elaboración de los ensayos requeridos.
Dentro de las principales lesiones registradas en la visita se encuentran las erosiones por efecto de la abrasión producida por el agua y que en algunas estructuras ha alcanzado la profundidad del espesor del recubrimiento lo que nos da aceros expuestos y desarrollando corrosión.
No se encuentran daños que se puedan catalogar como severos, toda vez que las pérdidas de agua en la actualidad son controladas o son volúmenes despreciables, sin embargo existe evidencias de reparaciones en los tanques floculares que hacen ver perdidas de estanqueidad que en su momento debieron ser graves.
Se pudo determinar que la mayor incidencia de deterioro resulta en las zonas donde se adicionan productos químicos, zonas de grandes velocidades del agua o donde se presentan cavitaciones.
Es importante desde la concepción de la obra determinar las condiciones de trabajo y proveer los ataques que se puedan dar en el hormigón y tomar medidas desde el diseño que garanticen la durabilidad requerida para la vida útil proyectada, utilizando concretos de alta resistencia CAR..
El mantenimiento y la intervención a tiempo son factores que pueden incidir en la durabilidad de la obra por tanto es recomendable ajustarse a los protocolos y programaciones de Mantenimiento.