Patologías en estructuras de PTAP El Dorado

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
VICERECTORIA UNIVERSITARIA DE EDUCAION ABIERTA Y A DISTANCIA VUAD
ESPECIALIZACION PATOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

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 Hidráulicas 2
Informe sobre las Patologías presentadas en la Planta de Tratamiento de el Dorado
Propiedad de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá.

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.

Ing. Gabriel Humberto Ovalle Barragán.

Especialización en Patología de la Construcción – Universidad Santo Tomas /Bogotá


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.




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..




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.



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


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.



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.



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.



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.



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.



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.


              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.



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.


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.




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.



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