APLICACIÓN DE SOFTWARE ESTRATA® v 1.0 PARA LA ESTRATIFICACIÓN DE TRAZAS EN FUNCION A UN ANALISIS DE RIESGO DE AFECTACION POR PROCESOS DE EROSION HIDRICA

APLICACIÓN DE SOFTWARE ESTRATA® v 1.0 PARA LA ESTRATIFICACIÓN DE TRAZAS EN FUNCIÓN A UN ANÁLISIS DE RIESGO DE AFECTACIÓN POR PROCESOS DE EROSIÓN HIDRICA

Autores: CRUZ, C. F., CAMPOS, C.J.; VÁSQUEZ ACUÑA, J.; BARRIENTOS GINÉS, J. D. & G. O. SALERNO.

EJE TEMÁTICO: MINERÍA, PETRÓLEO, GAS Y ENERGÍA.

PRESENTACIÓN

La provisión de energía que necesita la sociedad implica el transporte de combustibles por grandes distancias mediante ductos. La instalación de estas estructuras en ambientes sensibles como la selva, incrementan los procesos erosivos detonados por las precipitaciones, afectando aspectos ambientales, sociales, culturales y económicos. Frecuentemente el mantenimiento del Derecho de Vía de los ductos se realiza mediante obras de control de erosión y revegetación al generarse un proceso erosivo que ocasiono daños en la traza.

A través del desarrollo e implementación del software ESTRATA®, se logra segmentar la traza en tramos en función del riesgo por erosión hídrica y utilizar la información para planificar los trabajos de mantenimiento, implementando acciones e inspecciones preventivas y trabajos proactivos en los sectores de mayor riesgo, enmarcadas en un plan de confiabilidad de ductos.

El Software considera los tipos de erosión predominantes en ambientes de selva; erosión superficial de la traza, erosión en cruces de agua y procesos de remoción en masa. La valoración del riesgo de cada tramo resulta del producto de la probabilidad de ocurrencia de los tres tipos de erosión y la severidad del daño de cada proceso.

Se aplicó ESTRATA® en dos flowlines en donde se desarrollan gasoductos y se utilizó una tormenta detonante de 165 mm. En cada uno se observaron diferentes cantidades de tramos de la traza con riesgo alto, medio, bajo y sectores sin riesgo. Los resultados obtenidos permiten la planificación de acciones de inspección, trabajos preventivos, proactivos y de mantenimiento en los tramos de mayor riesgo.

El proceso de valoración del riesgo de cada tramo involucra la determinación de la probabilidad de ocurrencia de los tres tipos de erosión, las consecuencias del daño de cada proceso y por último el riesgo que es el producto de la probabilidad de ocurrencia por las consecuencias.

 

1.       OBJETIVOS DEL TRABAJO

Ø  Implementar el software ESTRATA® para segmentar trazas en tramos en función del riesgo por erosión hídrica.

Ø  Contar con una herramienta de planificación del mantenimiento, con acciones e inspecciones preventivas en los sectores de mayor riesgo.

 

2.       MARCO TEÓRICO

Dentro de los alcances de los servicios de Mantenimiento de DDV de ductos en ambientes de selva, se incluyen los trabajos de control de erosión como técnicas para minimizar la generación de procesos erosivos por acción del agua. La metodología tradicional que se emplea para este tipo de trabajos, consiste esencialmente en la ejecución de inspecciones rutinarias y la construcción de obras de arte en campo. Esta metodología de trabajo genera la necesidad de contar con criterios adecuados y útiles para la priorización de atenciones de fallas ante un evento extraordinario de precipitaciones que pueda desencadenar un número considerable de afectaciones en los DDV.

Ante este escenario se planteó incorporar en los planes de contingencias y de trabajos del servicio de mantenimiento rutinarios (planes anuales), criterios que permitan definir un orden de prioridad de atención en función a un análisis de riesgo de falla asociado a los procesos de erosión hídrica teniendo en cuenta la existencia tres tipos de geo-amenazas en los ambientes de selva (erosión superficial, socavaciones en cursos de agua y procesos de remoción en masa) y, considerando esta necesidad, se desarrolló y aplicó el software con la finalidad de obtener información que permita definir y priorizar las áreas y trabajos de mantenimiento.

 

3.       ANTECEDENTES O ESTADO DE INVESTIGACIÓN

Para el desarrollo del presente trabajo se ha tomado como base la presentación inicial del software que fuera exhibido en el VII Congreso Iberoamericano de Control de Erosión y Sedimentos desarrollado en Antigua, Guatemala en el año 2014, evento en el cual se mostraron los primeros avances del desarrollo de esta herramienta de gestión.  

mente la misma se Actualmente la misma se encuentra en proceso de implementación en servicios de mantenimiento de DDV de gasoductos existentes en ambientes selváticos de Perú y constituye una herramienta dinámica en cuanto a la información requerida para su funcionamiento, aplicación en campo y obtención de resultados.

 

4.       ASPECTOS METODOLÓGICOS

4.1.              Área de estudio

 

La aplicación del Software ESTRATA® se realizó en las trazas de los gasoductos Malvinas – Cashiriari III y Mipaya – Pagoreni A pertenecientes al proyecto Camisea, ubicados en los Lotes 88 y 56 respectivamente, sector de selva del sur de Perú, en la zona denominada Bajo

Urubamba, Distrito de Echarate,   Provincia de la Convención, región Cusco (Figura 1).

 

En escala regional, las trazas de ambos gasoductos se desarrollan por una unidad fisiográfica o morfo-estructural correspondiente a las planicies de la llanura Amazónica, mientras que en escala local se ubican primordialmente en sectores colinosos. En la zona de estudio la temporada de lluvias se presenta típicamente entre los meses de octubre y abril, concentrándose en este período el 84 % de la precipitación total anual. La precipitación anual promedio registrada en el campamento Malvinas (base de operaciones del proyecto) es de 3317 mm.

 

4.2.             Identificación de geo-amenazas

Basándonos en la clasificación de los tres tipos de geo-amenazas que se presentan en ambientes de selva, ESTRATA® considera los tipos de erosión predominantes: erosión superficial en la traza (RUSLE: ecuación universal revisada de pérdida de suelo); erosión en cruces de cursos de agua (ecuación de socavación generalizada) y procesos de remoción en masa asociado a depósitos de suelo (ecuación de ábacos de Hoeck y Brey).

 

4.3.             Probabilidad de ocurrencia

El proceso de valoración del riesgo de las geo-amenazas identificadas en cada tramo del gasoducto involucra la determinación de la probabilidad de ocurrencia de los tres tipos de procesos erosivos, las consecuencias del daño de cada proceso y el riesgo, el cual es el producto de la probabilidad de ocurrencia por las consecuencias.

En los casos de erosión superficial o socavación, la falla se establece cuando la pérdida de tapada deja expuesto el ducto, mientras que en el caso de un depósito de suelo (botadero), el deslizamiento del mismo constituye la ocurrencia de una falla.

Finalmente, la valoración del riesgo de cada tramo resulta del producto de la probabilidad de ocurrencia de los tres tipos de erosión y la severidad del daño de cada proceso.

 

 

 

Ø   Erosión superficial

La erosión superficial ocurre por el impacto de las gotas de lluvia y el arrastre por la escorrentía superficial y esta condicionada por el tipo de suelo, geomorfología, tipo de cobertura vegetal y la presencia de eventuales obras de control de erosión. Se establece como supuestos que el proceso erosivo se concentra en el sector del gasoducto y que el ducto tiene una tapada de suelo promedio de 1,2 m

 

 

La probabilidad de ocurrencia de erosión superficial en la traza del gasoducto se calcula mediante la ecuación universal revisada de pérdida de suelo (“Revised Universal Soil Loss Equation”, Wischmeier & Smith 1965,1978)

Donde A es igual a la pérdida de suelo por unidad de área [Ton/ha/año], R representa el factor de erosividad de lluvia-escorrentía [MJ mm/ha/h], K significa la erosibilidad del suelo [ton h/MJ/mm], L es igual a la longitud del talud, S es el factor de pendiente del talud, C representa el factor de cobertura vegetal y P es el factor de prácticas de manejo.

 

Socavación en quebradas

En relación a este proceso erosivo, el forzante directo de la socavación lo constituye la velocidad de la corriente de agua asociada a la onda de crecida, la cual está condicionada por la geomorfología (pendiente longitudinal y sección transversal), tipo de suelo del fondo del cauce, tipo de cobertura y presencia de obras de protección.

El parámetro básico que permite dimensionar la magnitud del problema es la profundidad máxima de socavación, dejando expuesto al ducto.

 

La probabilidad de ocurrencia de socavación en quebradas, o cursos de agua, es evaluada mediante la aplicación de la fórmula de socavación generalizada propuesta por Lischtvan & Lebediev.

 

Dónde β es un coeficiente que depende de la frecuencia con que se presente la crecida de análisis, X un exponente variable que depende del diámetro medio de las partículas dm, h0 la profundidad inicial referida al nivel de agua en metros, I0 la pendiente longitudinal y n el coeficiente de rugosidad de Manning.

 

 

Ø   Deslizamientos en depósitos de suelo

El deslizamiento de un depósito de suelo, o proceso de remoción en masa, esta forzado directamente por la acción de las precipitaciones como factor desencadenante y está condicionado por el tipo de suelo, la geomorfología (en especial la pendiente), la geología estructural (presencia de fallas), el tipo de cobertura vegetal, la presencia de obras de protección y contención y la presencia de red de flujo en el talud (afloramientos de agua).

En el caso de los deslizamientos de los depósitos de suelo, la probabilidad de una falla se obtiene a partir de la aplicación de los ábacos de Hoeck y Bray

Donde c y φ son la cohesión y el ángulo de rozamiento interno efectivo del terreno, γ es el peso específico aparente del terreno del talud, y H la altura del talud.

  

4.4.             Valoración de las Consecuencias

A partir de un análisis de la severidad de las consecuencias de los procesos erosivos sobre los individuos, el ambiente, las instalaciones y otros riesgos se definieron valores de consecuencia de: 3 para la erosión superficial, 4 en el caso de socavación y 5 ante la ocurrencia de un deslizamiento de un depósito de suelo (Tabla 1).

 

 

4.5.             Valoración del Riesgo

Finalmente, la valoración del riesgo por acción de la erosión hídrica se obtiene a partir del producto entre la probabilidad de ocurrencia de erosión y el valor de consecuencia definido en cada caso.

 

 

4.6.             Entorno de trabajo

La información requerida por cada modelo es incorporada y procesada en módulos de carga de datos en entorno Phyton siendo toda la información requerida por el software, preparada y obtenida mediante herramientas de SIG (Sistemas de Información Geográfica), así como también la visualización de los resultados generados por ESTRATA® se realiza en formato SIG.

 

5.       RESULTADOS

Se aplicó ESTRATA® en los flow lines Malvinas – Cashiriari III y Mipaya – Pagoreni B de 45 y 40 km de extensión respectivamente, con una tormenta de diseño de 165 mm. En el flow line Malvinas – Cashiriari III se generó la segmentación en 321 segmentos, de los cuales 130 resultaron con riesgo de erosión hídrica bajo, 9 segmentos presentaron un riesgo medio, solo 1 segmento evidenció riesgo alto y el resto no presentaron riesgo de erosión (Figura 6 y Figura 7).

En el caso del flowline Mipaya la segmentación de la traza, de aproximadamente 40 km, generó 248 segmentos. Del total de segmentos de este sector 33 resultaron con riesgo bajo de erosión hídrica, 60 segmentos con riesgo medio, un segmento con riesgo alto y 154 segmentos sin riesgo de erosión (Figura 8).

6.       CONCLUSIONES

La generación de segmentos con diferentes niveles de riesgo por erosión hídrica realizado por ESTRATA® otorgó un criterio destacado para la planificación del servicio de mantenimiento de los gasoductos Malvinas – Cashiriari III y Mipaya – Pagoreni B; lo que se traduce en una focalización de los trabajos y recursos en los sectores de riesgo alto y medio y consecuentemente una reducción del esfuerzo en aquellos sectores con riesgo bajo o sin riesgo. En ese sentido resulta importante mencionar que esto se traduce en una mejora en el tiempo de respuesta ante eventos no deseados mediante una detección temprana y planificación ante contingencias basada en el análisis de riesgo.

 

A su vez esta herramienta se constituye como una herramienta proactiva y predictiva que permite definir soluciones integrales, posibilitando que se minimicen los costos de mantenimiento y se complementa con la gestión de la integridad de ductos en operación que se requieren en esta industria.

Resulta importante mencionar que esta herramienta se encuentra en proceso de mejora, buscando incorporar otros parámetros de riesgo asociados a los gasoductos, como daños por terceros y acción de la corrosión externa al ducto.

 

7.       APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LA TOMA DE DECISIONES

 

La sistematización de las tareas de mantenimiento del DDV de ductos en operación en ambientes de selva a través del desarrollo y aplicación de esta herramienta, permite la aplicación de un sistema de gestión enmarcado dentro de una planificación anual y tomando como criterio el análisis de riesgo en relación al control de la erosión hídrica, cuya acción y/o falla ocasiona impactos económicos, sociales y ambientales significativos en el área.

Asimismo, la detección temprana de problemas asociados a proceso erosivos y la correcta identificación de las acciones necesarias para manejarlos, contribuyen a la minimización del riesgo mediante la planificación de las tareas de mantenimiento y por ende a la adecuada asignación de recursos (humanos, infraestructura, equipos, económicos) para la atención.

Cabe mencionar además que, si bien el software ha sido desarrollado en trazas de ductos ya construidas, este tipo de análisis de riesgo puede ser utilizado en la etapa de selección de trazas (etapa previa a la construcción del derecho de vía), lo que permite desarrollar ductos por aquellas áreas en las que se ha identificado el menor riesgo geotécnico posible.

   

8.       BIBLIOGRAFIA

 

Ø  C. CRUZ, G. O. SALERNO, G. F. MURILLO, M. L. GUANTAY, J. D. BARRIENTOS & Y. A. BUSTAMANTE, 2014. “Estratificación de trazas de pipelines en función a un análisis de riesgo de afectación de la integridad de las instalaciones por procesos de erosión hídrica en ambientes de selva”. VII CICES – Antigua, Guatemala, Octubre 2014.

Ø  GARCÍA, H.; COLONIA, J. & CORRALES, J. 2012. “Plataforma tecnológica para el monitoreo de amenazas naturales en el Oleoducto OCENSA”. Recuperado el 25 de mayo del 2014, dehttp://www.uptc.edu.co/export/sites/default/eventos/2013/cf/siisg/memorias/documentos/2_11Plataforma_amenazas_naturales.pdf

Ø  HOEK, E. and BRAY, J.W., 1981 “Rock Slope Engineering”. Revised 3rd Edition. Institution of Mining and Metallurgy. Spon Press. Londres.

Ø  MENÉNDEZ, A. N., “Manual Técnico para el Cálculo de Erosión en Taludes – Software TALUD”, INMAC S.A, Diciembre 2004.

Ø  MENÉNDEZ, A. N., “Manual Técnico para el Cálculo de Erosión en Cursos Fluviales – Software EROS versión 1.0”, INMAC S.A, Año 2003

Ø  WISCHMEIER, W. H, SMITH, D.D., 1965, “Predicting reinfall-erosion losses cropland east of the Rocky Mountains: A guide por selection of practices for soil and water conservation”. USDA, Agric. Hand. No. 282.

 

Ø  WISCHMEIER, W. H, SMITH, D.D., 1978, “Predicting reinfall-erosion losses: A guide to conservation planning”. USDA, Agric. Hand. No. 537.

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