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2.1.2 Materiales y procesos asociados

Figura 2-30. Tipo de fallas en macizos rocosos - Wyllie y Mah (2004)-Modificado Prieto(2011).

Deslizamiento circular

El deslizamiento circular en taludes de macizos rocososocurre cuando:

a. No hay ninguna singularidad estructural dominantedentro de una masa deslizante

b. Las partículas individuales son muy pequeñas encomparación con el tamaño del talud

c. Las partículas individuales dentro de la masa rocosa noestán conectadas entre sí como consecuencia de suforma.

Estas condiciones son favorecidas cuando el macizo se encuentra extremadamentefracturado o meteorizado, momento en el cual, su comportamiento es más similar al de unsuelo. De acuerdo con Pender y Free (1983), un macizo rocoso se denomina como muy

FALLA PLANAR- TRASLACIONAL

FALLA EN CUÑA

VOLCAMIENTO

FALLA CIRCULAR

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fracturado cuando el espaciamiento entre discontinuidades es pequeño en comparacióncon la escala del talud entero.

Generalmente este tipo de proceso ocurre en rocas particularmente arcillosas oreblandecidas por descompresión y por influencia del agua cuando la presión intersticiales suficientemente alta.

Figura 2-31. Desarrollo de deslizamiento curvilíneo Hudson y Harrison (1997)

La figura 2-31,(Hudson y Harrison, 1997) donde se observan las diferentes variaciones de undeslizamiento circular como los propuestos por Hoek y Bray (1981):

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1- Deslizamiento circular por cortante,

2- Deslizamiento circular por cortante en combinación con deslizamiento plano,

3- Deslizamiento circular por cortante en combinación con la grieta de tracción en laparte superior del talud y

4- Deslizamiento circular a través del macizo rocoso y a lo largo de discontinuidades;a saber:

a. Para material rocoso cuyas características permitan observar rasgos deisotropía, la forma del deslizamiento tiende a una sección circular y adesarrollarse como en un suelo. Ocurre en rocas fuertemente diaclasadas,fragmentadas, alteradas y meteorizadas. Principalmente se desarrolla enpresencia de rocas blandas con contenido de arcilla.

b. Para materiales anisotrópicos con identificación de estructuras laminadas ofoliaciones, la superficie de deslizamiento tiende a seguir la línea definida por elgrupo de discontinuidades. Principalmente se desarrolla en rocas laminadascomo pizarras, esquistos, lutitas, entre otras.

c. Para macizos rocosos en los cuales se ha identificado la existencia de unaestructura muy marcada por la cual tiende a desarrollarse en movimiento. Sedesarrolla en cualquier tipo de roca en la cual se desarrollen estructuras comojuntas, fallas, fracturas, entre otras.

d. En macizos rocosos de naturaleza granular con poca o nula resistenciacohesiva, no se observa una curvatura muy pronunciada, tendiendo asuperficie plana con ausencia de grieta de tracción. Principalmente ocurre enrocas muy fracturadas y adopta formas superficiales.

e. En macizos con heterogeneridad litológica, donde el material menos resistentese encuentra en la parte superior, se observa el desarrollo de una falla circularque se ve interrumpida por el contacto entre los dos materiales,desarrollándose por el contacto roca roca.

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Las condiciones que se presentan en esta figura- Hoek y Bray( 1981), corresponden ensu orden a las diferentes combinaciones críticas de superficie de falla, grieta de tracciónpara la misma geometría y bajo diferentes condiciones de drenaje. El número mostradoen la parte lateral corresponde con una serie de ábacos que permiten mediante laselección de parámetros determinar la estabilidad del talud.

Deslizamiento traslacional - planar

El deslizamiento traslacional en un macizo rocoso ocurre cuando uno o varios bloques semovilizan a lo largo de una superficie casi plana o suavemente ondulada, pordiscontinuidades bien marcadas con menor resistencia al corte. Generalmente ocurre bajoausencia de confinamiento lateral y en condiciones de buzamientos a favor de lapendiente, cuando el buzamiento tiene casi la misma dirección de las discontinuidades.

Condición de agua No. 2 -

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De acuerdo con la figura 2-32, los autores Kovari y Fritz (1984), indican que losmecanismos básicos de deslizamientos traslacionales se pueden subdividir en:

a. Rotura por un plano singularb. Rotura por un plano singular con grieta de tracciónc. Rotura de plano escalonado y con puentes de roca matrizd. Rotura por una superficie poligonal formada por varios planos.

Figura 2-32. Rotura plana -Kovari y Fritz (1984).

El análisis matemático de este tipo de falla es sencillo en la medida que puede avaluarseen solo dos dimensiones, a continuación se presentan dos casos en los cuales seevidencia un comportamiento diferente del talud tomando en cuenta el sitio dondeaparece la grieta de tracción. Si bien es cierto se puede realizar el análisis gráficomediante las redes estereográficas, este tipo de condiciones particulares no puedenconsiderarse allí.

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Figura 2-33. Modelación de falla planar. Hudson y Harrison

En la figura 2-33, se presentan dos modelaciones de este tipo de falla, una considerandouna grieta de tracción en la parte superior de la pendiente y la otra sobre la cara de lapendiente, nótese la diferencia del nivel de agua en ambos casos.

Dentro del análisis gráfico puede considerarse para este tipo de falla la fricción existenteen la discontinuidad considerando un círculo de fricción dentro del cual se es estable elsistema. Esto se indica en la figura 2-34.

Figura 2-34. Ejemplo de círculo de fricción en el análisis.

Rotura en cuña

Cuando el bloque que se desliza está limitado por dos o tres discontinuidades, se trata deuna rotura en cuña. Se genera en taludes cortados por dos superficies dediscontinuidades no paralelas de tal manera que la línea de intersección de ambos planos

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aflora en el talud y buza en sentido desfavorable. Generalmente este tipo de falla estálimitada por cuatro planos, dos de discontinuidades, dos de roca o grietas de tracción eincluso por planos escalonados.

Se considera que la rotura en cuña es un caso especial de la rotura plana cuya direcciónde la resultante de rotura no es un plano sino una intersección de planos dediscontinuidades, su representación gráfica puede verse en la figura 2-35.

Figura 2-35. Representación gráfica de la falla en cuña.

VolcamientoEl volcamiento es una rotación de bloques o columnas en torno de una base fija bajo laacción gravitatoria o presión de agua en las discontinuidades. Implica que un estratotiende a quedar colgado y soportado por la resistencia pasiva de las capas de la base deltalud. La rotura puede manifestarse a cualquier escala y en casi todo tipo de roca, sinimportar si se trata de un talud natural o excavado.

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La figura 2-36, ilustra los tipos de volcamiento propuestos por Goodman y Bray (1976):

a) oques rígidos puedeocurrir en una roca dura con juntas ortogonales de gran espaciamiento- El empujesobre los bloques inferiores origina su desplazamiento y progresa hacia la partesuperior del talud.

b) lco por flexión se produce enrocas duras con discontinuidades bien definidas y con pendientes casi verticales .Puede ser provocado por la erosión de la base del talud o por la generación degrietas de tracción cada vez más profundas. Este movimiento por suscaracterísticas puede tener una incidencia de hasta cinco veces la altura del taluden desarrollo horizontal.

c)bloques, es un volcamiento mixto que representa un caso en el cual participan lascaracterísticas de los dos mecanismos anteriores.

Figura 2-36. Tipos de volcamiento Goodman y Bray (1976).

Adicionales a los definidos anteriormente, existen unos volcamientos de tipo secundario,es decir, provocados por consecuencia de otros modos de inestabilidad (ver figura 2-37):a- Desplazamiento y vuelco de cabeza de talud por desplazamiento de los bloques delpie, b- Vuelco inducido por el sobrepeso de una masa deslizada, c- vuelco de una rocacolumnar por erosión de la base, d- Toppling en la base (cresta de la pata) del taludproducido por el empuje de la masa deslizada.

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Figura 2-37. Modelos de volcamiento . Goodman y Bray, 1976 - Willie y Munn (1978).

Figura 2-38. Representación gráfica de la falla por volcamiento.

Caída de rocas

Se le llama así al movimiento en masa que consiste en el desprendimiento del materialque conforma una ladera, en caída libre.

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Los desprendimientos de rocas son generalmente iniciados por algunos fenómenosclimáticos o biológicos que provoca un cambio en las fuerzas que actúan sobre una roca.Estos eventos pueden incluir los aumentos de presión de poros debido a la infiltración delas lluvias, la erosión del material circundante durante las tormentas, procesos decongelación-descongelación en climas fríos, la degradación química o meteorización de laroca, crecimiento de las raíces o de apalancamiento por las raíces se mueve en losvientos fuertes.

Una vez que el movimiento de una roca ubicada en lo alto de una pendiente se hainiciado, el control de su trayectoria de caída estará dado por la geometría de la ladera.Los depósitos de caída de rocas son denominados Talus y son responsables de absorberuna parte considerable de la energía de impacto de la roca. Una superficie limpia esmucho más peligrosa porque al no haber absorción de energía es casi imposibledeterminar la trayectoria.

El comportamiento de la mayoría de las caídas de roca puede ser bien explicadomediante principios físicos básicos que incluyen el rebote y el rodamiento de masasrocosas, siendo el ángulo de la ladera y el ángulo de fricción los factores principales quegobiernan el incremento o decremento de los movimientos durante la trayectoria de lapartícula.

Elementos como el tamaño y la forma de la roca, los

coeficientes de fricción de las superficies de roca y si

se rompe la roca en trozos más pequeños en el

impacto son todos los de menor importancia, pues los

elementos que gobiernan la modelación de este

proceso son la geometría de la pendiente y los

coeficientes de restitución, cuyo valor depende de la

naturaleza de los materiales que forman la superficie

de impacto.

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La tabla 2-16, presenta algunas de las propiedades cualitativas que controlan lageneración de caídas de roca en una ladera y su relación con la frecuencia de loseventos.

Tabla 2-16.Control de la ladera en caídas de rocas. Lara (2007).

Suelos

En realidad los deslizamientos ocurren en muchos ambientes geológicos como variadosson sus mecanismos y en Colombia constituyen los tipos de movimientos más frecuentes

Procesos de inestabilidad en suelos . Los autores Deere y Patton (1971), proponen losesquemas planteados en la figura 2-39, como tipos de deslizamientos en suelosresiduales; por su parte Massey y Pang (1988), basados en sus investigaciones sobre losKong indican que en la mayoría de los deslizamientos que ocurren en los suelosresiduales, la superficie de falla coincide en áreas importantes con grupos dediscontinuidades heredadas, las cuales algunas veces están rellenas de materialesdébiles, comúnmente arcillas, las cuales absorben agua, se expanden y pierdenresistencia muy fácilmente.

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Figura 2-39. Tipos de deslizamientos en suelos residuales. Deere y Patton (1971)60

Coates (1977) propone la clasificación mostrada en la figura 2-40, en la cual consideraelementos básicos y resumidos de un perfil de suelo residual; considerando en función dela velocidad del movimiento, una clasificación relacionando la posición del perfil con el tipode proceso que puede presentarse.

Figura 2-40- Clasificación Coates (1977)

60 Tomado del Libro Ing. Jaime Suarez.

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Para la modelación es indispensable tener en cuenta que el elemento que se consideravulnerable.

Dentro de estos depósitos y en general dentro de todos los procesos, el efecto de lapendiente es determinante sobre la estabilidad, ya que es ésta quien nos da un indicativode la resistencia de los materiales a nivel regional, pues a mayor pendiente, mayorresistencia y viceversa.

Varnes presenta en la figura 2-41, la clasificación de procesos por tipo de material,destacando entre los suelos la diferencia entre suelos gruesos y finos.

Figura 2-41. Clasificación Varnes (1978).

Perfiles horizontales. La estabilidad de este sistema está gobernada por lageometría del talud. Por su horizontalidad, tiende a desarrollar mayores espesores desuelos residuales que aquellos que se desarrollan a lo largo de una pendiente, lo queimplica una mejor identificación de los horizontes a lo largo del perfil.

Este tipo de perfiles puede desarrollarse en rocas parentales sedimentarias (clásticas oquímicas) que no hayan sido sometidas a condiciones de esfuerzos que hayan inducidoplegamientos o desplazamientos por la acción de fallas; rocas con estratos horizontalescon estructuras heredadas favorezcan el desarrollo de un perfil horizontal. Por otra parterocas ígneas intrusivas en bloques, cuya susceptibilidad a los agentes ambientales esnotable o en rocas metamórficas derivadas de una condición de formación que indiquehorizontalidad en medio de su geomorfología regional.

Este tipo de perfiles en un depósito puede estar asociado a abanicos aluviales con unaamplia gradación en los materiales depósitados en la medida que se aleja del ambientemontañoso (asociado con pérdida de energía del agente de arrastre) o un depósito muyfino cuando se trata de lagos y lagunas. Así mismo, al profundizar los valles, los afluentesdejan al descubierto depósitos horizontales de diferentes edades que aún sin sufriresfuerzos horizontales, conservan su orientación.

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En este tipo de sistemas tenemos un equilibrio mientras los materiales estén confinados.La acción del hombre realizando cortes y excavaciones al igual que la dinámica fluvialdurante la profundización de los valles son los principales detonantes de este sistema, sindesconocer la acción del agua en la desintegración física y descomposición química delos materiales o de los sismos sobre la estabilidad del sistema y de la micro estructura delos materiales. Es una condición poco usual y en la mayoría de las ocasiones omitida porlos diferentes autores, pero que reúne todas las condiciones para favorecer la ocurrenciade un proceso y requiere su análisis particular.

Con inclinación entre 5º y el ángulo de reposo del material. Entre 0 y 3 m dedesarrollo de perfil (suelo residual): Son uno de los tipos de deslizamientos que ocurrencon mayor frecuencia. Estos procesos por sus bajos espesores dependen de maneradirecta de la pendiente y en general de la forma como se haya desarrollado el perfil desuelo residual, pues si existen grandes pendientes se pueden esperar perfiles de suelosresiduales delgados.

Dependiendo de las características del suelo, particularmente la permeabilidad, sepueden analizar de acuerdo con los patrones de infiltración y el aporte de la vegetación,cual podría ser el detonante; de igual forma no se puede desconocer el aporte que tiene laactividad sísmica.

En el caso de suelos permeables una lluvia de corta duración y alta intensidad puedegenerar un flujo paralelo al talud cuando se generan niveles freáticos colgados, pero lalluvia de alta duración y baja intensidad puede generar el avance de frente húmedo hastasaturar completamente el talud.

En los suelos con baja permeabilidad la lluvia de corta duración y alta intensidad estará ensu mayoría como escorrentía, que dependiendo la intensidad del aguacero y de lascondiciones en las cuales se encuentra el suelo, fluye sobre el terreno arrastrando losmateriales sueltos; este proceso va desde la erosión laminar hasta la creación de zanjas ocárcavas. Una lluvia de alta duración y baja intensidad, puede elevar el nivel freático en lamedida que los puntos de recarga de los niveles freáticos se vean aumentados por estaslluvias.

En cualquiera de los dos casos citados anteriormente, es necesario que se evalúe siexisten grietas en la superficie que puedan favorecer la infiltración; adicionalmenteverificar que la vegetación sea nativa e identificar los diferentes cambios en el uso delsuelo.

Deslizamiento traslacional. Los deslizamientos traslacionales consisten enmovimientos de espesores delgados que se pueden presentar en todo tipo de suelos(incluso materiales orgánicos y vegetación) a lo largo de superficies casi planas , biendefinidas, conformados generalmente por la pendiente estructural en estratos y horizontesmás resistentes sobre los cuales descansan estos materiales.

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Este tipo de procesos suelen ser los que afectan de una manera más directa las obraslineales y se ha observado que la velocidad del movimiento es una función de lapendiente del talud y del grado de saturación de los materiales.

Los estratos débiles que fomentan estas fallas son por lo común de arcillas blandas o dearenas finas o limos no plásticos sueltos. Con mucha frecuencia, la debilidad del estratoestá ligada a las elevadas presiones de poros contenidas en las arcillas o fenómenos deelevación de presión de agua en estratos de arenas. En este sentido las fallas puedenestar ligadas también al calendario de las temporadas de lluvias en la región. Navarro(2009).

En pendientes muy bajas puede presentarse un creep de suelo, que corresponde unproceso poco perceptible sin análisis multi temporales y en el caso de grandes pendientescon saturaciones excesivas, en la cuales haya existido una pérdida en la micro estructurade los materiales, tendremos flujos.

Parámetros a medir: permeabilidad, pendiente del talud, identificación de vegetación,posición del nivel freático, espesor del perfil y la inclinación (con relación al talud) de laslíneas de corriente de agua en caso de flujo no paralelo al talud, factores sísmicos.

Se requiere conocer además de las variables indicadas anteriormente los parámetros deresistencia del suelo C y . El número de ensayos para obtener estos parámetros esdirectamente proporcional al grado de certeza que se desee tener en la evaluación de laprobabilidad de falla del talud, deben tenerse rangos de variación de los parámetros pararealizar el análisis.

Figura 2-42. Diagrama de análisis método talud infinito.

Deslizamiento rotacional La rotura se produce a lo largo de una superficiecurvilínea y cóncava. El terreno experimenta una giro según un eje situado por encima delcentro de gravedad de la masa deslizada. El material de cabecera efectúa una inclinacióncontra ladera, generando depresiones donde se acumula el agua e induce nuevasreactivaciones. Este tipo de mecanismo es característico de suelos cohesivoshomogéneos y de macizos rocosos intensamente fracturados. En materiales arcillosos,

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especialmente si hay presencia de agua, el pie puede evolucionar hacia un deslizamientode tierras o colada de tierras.

En el interior del talud existe un estado de esfuerzos cortantes que vence en forma más omenos rápida la resistencia al esfuerzo cortante del suelo; a consecuencia de ellosobreviene la ruptura del mismo, con la formación de una superficie de deslizamiento, a lolargo de la cual se produce la falla. Navarro (2009).

Los deslizamientos rotacionales, una vez producidos, son susceptibles de reactivación. Elmovimiento tiende a estabilizarse por disminución del momento de giro y aumento delmomento estabilizador, no obstante, cualquier cambio en las condiciones piezométricas ola remoción del pie pueden dar lugar a una nueva inestabilidad. Un diagnosticoequivocado de la geometría puede llevar a la adopción de medidas de estabilizaciónineficaces e incluso contraproducentes.

Si la superficie de rotura corta al talud por encima de su pie, se denomina superficie derotura del talud. Cuando la salida se produce por el pie del talud, recibe el nombre desuperficie de rotura de pie del talud. Si la superficie de rotura para por debajo del pie deltalud con salida en la base del mismo, alejada del pie, se denomina, superficie de roturade base de talud o falla de fondo.

En la superficie del terreno suelen aparecer grietas concéntricas y cóncavas hacia ladirección del movimiento, con un escarpe en su parte alta. La velocidad de estomovimiento varía de lenta a moderada, teniendo gran influencia la inclinación de lasuperficie de rotura en el pie del deslizamiento.

La forma de la superficie de falla que es siempre curva en estos casos, soloidealizadamente se puede considerar circular o formada por lo menos en parte por arcosde circunferencia, en realidad está influenciada por fallas, juntas, contactos y otrasdiscontinuidades de los materiales.Las fallas rotacionales de forma distinta a la circular típica parecen estar asociadas sobretoso a arcillas sobre consolidadas, que se presentan en taludes no homogéneos. Pordiferencias en la meteorización, por influencia de la estratificación o por otras causas quese reflejan en discontinuidades o en desorden estructural en el talud. Navarro (2009).

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Flujos. Son movimientos de velocidad variable; cuando se trata de materiales decarácter viscoso como los suelos orgánicos, se pueden esperar velocidades lentas y enese caso se debe ser cuidadoso con la forma en la cual se está presentando el procesopues la morfología de los flujos es similar a un reloj de arena donde la parte superior estáconstituida por un hundimiento, seguido por un cuello angosto por el cual fluye el materialque posteriormente se distribuye formando un abanico o cono de deyección .

Se forman en materiales provenientes de meteorización, como ocurre en este caso, en elque con frecuencia se presenta este proceso como un serie de hundimientos sucesivos otraslacionales retrogresivos dejando casi siempre en la corona una superficie cóncavatípica. Son comunes cuando se presenta una combinación de factores como presencia dearcillas (rocas blandas arcillosas meteorizadas), taludes de pendiente moderada ypresencia de humedad, en materiales de plasticidad media a altas.

Los flujos de tierra rápidos pueden presentarse en suelos finos como limos, arcillas yarenas arcillosas. El movimiento depende de la gravedad y la velocidad depende de lapendiente del terreno y la viscosidad del material que se esté desplazando.

Tabla 2-17. Clasificación de Sharpe para los flujos lentos

Movimiento Suelo o rocamás hielo

Suelo o roca, seca o con menorcantidad de hielo o agua

Suelo o rocamás aguaTipo Velocidad

Creep en rocaglaciar

Solifluxión

Creep en roca

Creep en talus

Creep en suelo

Solifluxión

De las cinco clases de movimiento que se muestran en la tabla 2-17, tres de estos, creepen roca, creep en talus y creep en suelo son característicos de climas templados ytropicales. Estos también ocurren en algunas regiones frías pero el hielo no es esencialpara su operación. Los otros dos tipos, creep en rocas glaciares y solifluxión, operan casiexclusivamente en climas fríos y se definen como reptamientos controlados por el hielo.

La velocidad del creep en una ladera no sólo depende de las condiciones climáticas y elángulo de inclinación, sino también del tipo de material, origen del suelo y otros factores.En suelos tales como loess, el cual tiende a presentarse en estratos verticales, el creep esmínimo, mientras que en materiales poco consolidados o suelos con un alto contenido departículas redondeadas el movimiento por creep es más acentuado.

Algunos factores juegan un papel importante en el creep en suelos, Thomson en 1877atribuyó el movimiento de bloques de roca en el suelo a la contracción y expansión del

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material del manto vegetal, debido al humedecimiento y secado, a la putrefacción de lamateria vegetal y a la pérdida de suelo en la parte baja de la ladera por acción de la lluvia.

El flujo de detritos generalmente ocurre en zonas de alta pendiente e involucraconcentraciones altas de material sólido, principalmente de partículas gruesas y bloques.Debido a las altas pendientes del flujo de residuos se pueden transportar fácilmentepartículas o bloques de gran tamaño a alta velocidad. Los flujos de residuos sonextremadamente destructivos, debido a las fuerzas de impacto de los grandes bloques.

Cuando el cambio en el ancho del cauce es muy fuerte o se presenta una disminuciónfuerte de la pendiente, la velocidad disminuye abruptamente y se deposita la mayoría delmaterial sólido, formando abanicos o barras de grandes bloques. Primero, se depositanlas partículas de mayor tamaño, mientras las partículas finas tratan de recorrer unadistancia mayor antes de producirse la sedimentación y puede ocurrir que las partículasen suspensión, recorran caminos de muchos kilómetros después de que las partículasgrandes se han depositado.

Creep: Se manifiesta como desplazamiento muy lento en la parte superficial del terreno,aun en taludes de pendiente moderada y con cobertura vegetal. El proceso puede pasarinadvertido pues tiene una velocidad promedio cercana a 1 cm/año. Normalmente es elagua la que realiza este desplazamiento, de allí que en tiempo lluvioso se alcancen tasasde movimiento hasta de 5 cm/año, aunque también puede desencadenarse por gravedaden acumulaciones poco consolidadas en las que los fragmentos no han alcanzado elpunto de equilibrio. Las variaciones de temperatura y humedad parecen suficientes paradesencadenar movimientos de reptación, mediante el mecanismo de hinchamiento yretractación a escala milimétrica. También los seres vivos, y particularmente las plantascon el crecimiento de las raíces y la acción de los animales excavadores e incluso el pasode grandes animales, pueden provocar pequeños desplazamientos de partículas, a lalarga muy importantes.

En rigor, debe hablarse de dos clases de creep, según los señalado por Terzaghi: elestacional, que afecta sólo a la corteza superficial de la ladera que sufre la influencia delos cambios climáticos en forma de expansiones y contracciones térmicas o porhumedecimiento y secado; y el masivo, que afecta a capas de tierra más profundas, nointeresadas por los efectos ambientales y que, en consecuencia, solo se puede atribuir alefecto gravitacional. El primero, que en mayor o menor grado existe siempre, producirámovimientos que podrán variar con la época del año y el segundo se manifestará pormovimientos prácticamente constantes. El espesor de la capa superficial a la que afecta elcreep estacional el sumamente bajo y su dimensión máxima puede estimarse en unmetro. Navarro (2009)

Cuando se determine este proceso como uno de los posibles dentro del análisis decampo, se debe ser muy objetivo a la hora de evaluar si los rasgos detectados nocorresponden a pisadas de animales. Prieto (2011).

Por último, una zona de reptación puede evolucionar a un flujo de tierras, si la acción deagua lleva a la reducción de la resistencia del material o las cargas impuestas conllevan almismo efecto.

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2.1.3 Metodologías existentes. Cuando se habla de Amenaza como la probabilidad deocurrencia de un evento potencialmente desastroso durante cierto período de tiempo enun sitio dado, puede obtenerse básicamente por dos vías:

1. Una cualitativa basada en la evaluación de la probabilidad en términos relativos, talescomo alta, media y baja o con métodos de puntuación numérica para generar unaclasificación relativa. Este método es usado generalmente para establecer lasprioridades para la rehabilitación, reparación, inspección y pruebas de los segmentosde línea específica.

2. Una Cuantitativa en donde existen dos métodos:a. métodos actuariales, donde se estima la probabilidad de hechos futuros

basados en los datos históricos sobre la ocurrencia de eventos similaresse requiere una población relativamente uniforme donde losacontecimientos sean relativamente frecuentes.

b. los métodos de síntesis que estiman la probabilidad de un evento de lasprobabilidades de contribuir eventos a través de cálculos matemáticosapropiados. Los métodos de síntesis son utilizados en eventos raros dondepoco se dispone de experiencia.

a. Cualitavo

Dentro del análisis de este tipo de amenazas se resaltan las siguientes:

Propuesto por Sánchez et al IDEAM- (2002) en el cual se tienen en cuenta varios delos denominados factores explicados en el capítulo anterior y en la cual se hace énfasisen las causas meteorológicas como detonante principal de los deslizamientos. Lametodología considera una formulación en la que cada uno de los factores consideradosaparece afectado por un peso de la variable asignado de acuerdo a su influencia dentrodel análisis:

Donde:ST = Susceptibilidad total del terreno.StL= Susceptibilidad del parámetro litológico.StDf = Susceptibilidad del parámetro densidad de fracturamiento.Stm = Susceptibilidad del parámetro morfología.

ST= StL (0.15)+ StDf (0.15)+ Stm (0.10)+ StDd (0.10)+ Sts (0.10) + Stp (0.15)+StIe (0.15)+ StCv (0.10)Np

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StDd = Susceptibilidad del parámetro densidad de drenaje.Sts = Susceptibilidad del parámetro suelos.Stp = Susceptibilidad del parámetro pendientes.StIe = Susceptibilidad del parámetro morfodinámica (intensidad de erosión).StCv = Susceptibilidad del parámetro cobertura vegetal.NP = Número de parámetros.

Para la evaluación de cada uno de esos factores se tienen en cuenta los siguienteselementos:

- Geología (Litología): Es una de las principales variables ambientales que intervienenen la estabilidad de las laderas o taludes. Esta puede ser valorada a partir de variaspropiedades como: composición mineralógica o tipo de material (roca o formaciónsuperficial), textura, estructura, grado de meteorización y grado de fracturamiento.Para este alcance del modelo el factor litología se evaluó a partir de la caracterizaciónde la información crono estratigráfica (roca - tiempo) presentada en el en el mapageológico de Colombia (Ingeominas 1988).

- Fracturamiento y Meteorización: Teniendo en cuenta que este análisis es regional,el grado de fracturamiento de los materiales litológicos se estimó a partir de lacartografía de fallas geológicas del mapa geológico nacional de Ingeominas (1988).Como criterio de valoración de este parámetro se tomó la susceptibilidaddirectamente proporcional a la densidad de fracturamiento.

- Morfología: La génesis y forma del relieve constituye en algunos casos un factor deestabilidad de las laderas o taludes. Para la valoración de la susceptibilidad de esteparámetro se utilizó la información del estudio de Sistemas Morfogénicos deColombia (Ideam - Unal, 1996).

- Densidad de drenaje: Un gran número de movimientos en masa ocurre en áreas demayor densidad de drenaje. La densidad de drenaje define el grado de disección deuna ladera o un terreno cualquiera por unidad de área. Este grado de disecciónrepresenta áreas de mayor o menor susceptibilidad a los movimientos en masa. Elmapa de densidad de drenaje se elaboró a partir del mapa de red de drenaje digital aescala 1:500.000 tomando una malla de 100 km2. Los valores de susceptibilidad sondirectamente proporcionales con el incremento de la densidad.

- Suelos: Para obtener la susceptibilidad de la variable suelos se tuvo en cuenta demanera cualitativa variables como materia orgánica, tipo de arcilla, capacidad deregulación y de almacenamiento de agua en los suelos. La estabilidad del suelo estácontrolada por condiciones intrínsecas de orden químico, físico y biológico como: latextura, la estructura, los coloides (calidad mineralógica y física de las arcillas y de lamateria orgánica), la profundidad del perfil, la densidad aparente, la porosidad, y laplasticidad entre otras, condiciones que determinan la resistencia al corte y dinámica defactores externos como el agua, la pendiente, el uso y la cobertura. La estimación de laestabilidad y susceptibilidad de los suelos a procesos morfodinámicos (movimientos enmasa) se realizó con base en los siguientes dos criterios:

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1. Estructura y composición: Un suelo es más estable y menos susceptible a losmovimientos en masa mientras su estructura esté garantizada por una buenaaglutinación o cementación, propiciada por los coloides del suelo llámense materiaorgánica, arcillas, carbonatos óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio entre otros. Labuena estructuración del suelo permite una buena aireación, una buenapermeabilidad y una mayor resistencia al corte. La información de los coloides yaglutinantes del suelo se tomó de la información de los mapas de arcillas y materiaorgánica (IGAC, 1987). Las arcillas como aglutinantes se evaluaron a partir de sumineralogía y para cada uno de los tipos sus características químicas como cuerposque poseen una capacidad de intercambio y atracción entre partículas mediante:fuerzas electrostáticas Coulombicas con interacciones arcilla - arcilla, arcilla - óxidos yarcillas -Desde el punto de vista físico las arcillas se interpretan desde su cualidad deconsistencia y plasticidad, considerada como los umbrales mediante el cual losminerales arcillosos pasan de estado sólido - plástico y liquido.

2. Dinámica del agua: Un segundo criterio para la evaluación de la estabilidad osusceptibilidad de los suelos, es la dinámica del agua en el perfil, la cual escontrolada por las propiedades fisicoquímicas y biológicas y que a diferencia de laerosión, no actúa un agente de transporte (agua, hielo, viento); sin embargo el aguase encuentra íntimamente asociado a la estabilidad inicialmente incrementando elpeso de la masa a desplazarse y al ayudar al flujo descendente, una vez iniciado elmovimiento en masa, ya que estrecha el límite plástico y en consecuencia el procesode fluidez. Igualmente ocasiona un aumento de la presión del aire contenido en losporos y ejercen una fuerza que se manifiesta en desplazamiento de los materiales. Elsuelo propiamente dicho es uno de los receptores y reguladores del agua, factor muydinámico que altera los estados de equilibrio relativo o de estabilidad. La dinámica delagua en el suelo se puede estimar mediante la capacidad de almacenamiento yregulación.

Dentro del ciclo hidrológico, el agua que pasa por los suelos puede: infiltrase,escurrirse, ascender y almacenarse, de acuerdo con las características fisicoquímicasy biológicas. Para el análisis de estabilidad y en lo relacionado con los movimientosen masa, estas dinámicas se interpretan a partir de los indicadores de capacidad dealmacenamiento y retención de humedad, considerando el agua como una masa queincrementa el peso y por lo tanto facilita los movimientos en masa. Existenmecanismos por los cuales el agua es retenida y almacenada en el suelo y estánrelacionadas a fuerzas derivadas de las interfaces líquido - aire o sólido - líquido delsistema suelo agua. Algunos minerales del suelo como las arcillas pueden almacenarel agua dentro de su estructura cristalina y provoca la expansión y contracciónvolviéndolas muy dinámicas ante los cambios de humedad.

Para obtener el mapa de susceptibilidad del parámetro suelo se calificaron de 1 a5 cuatro variables: materia orgánica, tipo de arcilla, capacidad de regulación ycapacidad de almacenamiento de agua en los suelos.

- Índice de relieve relativo (pendiente): Este indicador representa la rugosidaddel terreno involucrando el aspecto de pendiente de laderas. El índice de

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relieve relativo se define como la mayor diferencia de altura en un áreadeterminada. (IRr = dHmax/A en m/km2).

- Grado de Inclinación y longitud de la pendiente: Las pendientes es uno delos principales factores dinámicos y particularmente de los movimientos enmasa, ya que determinan la cantidad de energía cinética y potencial de unamasa inestable, por lo cual se calificó la susceptibilidad con los intervalos dependiente; aumentando la susceptibilidad a mayor grado de inclinación de lapendiente en función de su energía cinética y potencial.

- Morfodinámica: Este parámetro muestra la dinámica de las laderas conprocesos de erosión y/o remoción en masa activos y/o observados o quepresentan señales que permitieron identificar su génesis y actividad histórica.Se establecieron cinco categorías de erosión de muy baja o nula a muy alta yse establecen valores de susceptibilidad directamente proporcionales con elgrado de intensidad (Ideam,2000).

- Cobertura vegetal y uso: El tipo, la densidad, la capacidad de interceptación,el área de protección de cobertura vegetal constituye un factor de resistencia ofavorecimiento de procesos morfodinámicos como la erosión y los movimientosen masa. En áreas de alta pendiente y de coberturas vegetales de ciclosbiológicos muy lentos y frágiles, toda intervención de estas, hace que seaumente la susceptibilidad. Las coberturas vegetales fueron evaluadascualitativamente a partir del estudio de coberturas vegetales de Colombia(Ideam 2000), teniendo en cuenta las variables de cobertura foliar, capacidadde almacenamiento hídrico y profundidad radicular la cual se relaciona con laestructura (arbórea, arbustiva, rastrojos, pastos, etc.).

Una vez establecidos semicuantitativamente los diferentes valoresde susceptibilidad y los pesos de losparámetros o variables ambientales seelabora el mapa de susceptibilidadgeneral del terreno a los movimientos enmasa mediante una análisis estadísticomultivariado, en el cual son sumadosdigitalmente los ocho mapas desusceptibilidad temática.Este valor de susceptibilidadposteriormente es evaluado con eldetonante lluvia y procesadoautomáticamente hasta generar un mapade amenaza. Dentro de los resultados,se resalta la elaboración del mapa deamenaza para Colombia utilizando estametodología.

Propuesta por Nieto y Jiménez (2001) en la cual se plantean cinco factores que expresanel grado de amenaza, como se indica a continuación:

H = (S1 x Sh x Sr) x (Ts + Tp)

El estudio considera algunos de estos factores como la susceptibilidad litológica,particulares de acuerdo con lo encontrado en las inspecciones de campo de ese estudio,pero considera otros de manera global, permitiendo la definición de rangos que puedenser tenidos en cuenta dentro de otros estudios. A continuación se presentan los factoresevaluados de manera global.

En la tabla 2-18, se presenta la clasificación y valoración del índice de relieve relativo quefue valorado utilizando una malla de 50x50m, la cual agrupa 4 pixeles de 25x25m; dentrode cada una de esas mallas se determina la altura entre la altura máxima y mínima.

Tabla 2-18. Índice de relieve relativo- Nieto y Jiménez (2001).

Índice de relieverelativo (m/Ha)

Clasificación Valor asignado

<4 Muy bajo 04-8 Bajo 1

8-32 Moderado 232-56 Medio 356-76 Alto 4>76 Muy alto 5

La intensidad de las lluvias como factor detonante fue un parámetro evaluadodeterminando la precipitación máxima en 24 horas, utilizando una serie de 22 añosmediante la distribución de Gumbel para un periodo de retorno de 100 años. En esteestudio se puedo evidenciar que con una precipitación máxima en 24 horas igual osuperior a 125 mm, se presentaron deslizamientos importantes entre dos y cuatro díasdespués, particularmente relacionados con el fenómeno del Niño que también afectanuestro territorio y cuyo periodo de retorno calculado es de 10 años.

Donde:S1= Valor de suceptibilidad litológicaSh= Valor del factor humedad del sueloSr= Valor del factor de relieve relativoTs= Valor de factor de disparo por sismoTp= Valor del factor de disparo por lluvias.

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Metodología para la evaluación de riesgos por amenaza geotécnica en líneas de

Propuesta por Ballesteros et al (2010) que está basada en una lista de parámetrospropios y ajenos a la tubería, que por su particularidad inciden sobre la integridad de lamisma, y que permiten evaluar la probabilidad de falla dada por un evento geotécnico. Elmodelo para obtener la probabilidad de falla es de tipo árbol, donde se establecen unosparámetros con unos pesos asignados dependiendo de su influencia dentro del proceso yeste a su vez con unas características y variables que afectan en diferentes porcentajes elvalor ponderado de cada parámetro, para finalmente obtener un valor ponderado de lassumas de cada uno de los parámetros:

Parámetro 1 : geometria y topografía Las características contempladas en este parámetroson topografía del terreno y geometría del cruce de la tubería, la primera hace referenciaal ángulo de inclinación de la ladera y a la curvatura del terreno (cóncava, convexa ouniforme); y la segunda se refiere a la dirección con respecto al eje de la ladera(perpendicular, paralela o inclinada), la posición sobre la ladera (superior, a media, inferioro en terreno plano), el diámetro y la disposición de la tubería (superficial o enterrada).

PoF= ( PoFi ) donde; PoFi = Probabilidad de cada parámetro

PoFi=%Pi*[ %Cix*( %Vixy*PoFixy)]

Donde:

%Pi = Porcentaje de incidencia del parámetroi = Numero de parámetros%Cix = Porcentaje de incidencia de la característicax = Numero de características de cada parámetro%Vixy = Incidencia de la variableY = Numero de variables de cada característicaPoFixy = Probabilidad asignada a cada variable de acuerdo con elrango seleccionado

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Parámetro 2: parámetros de la tubería Los parámetros de la tubería consideran laresistencia, el estado de deterioro y el uso de tubería, con sus respectivas variables.

Parámetro 3: litología y geología Incluyen las características genéticas del material queconforma el terreno, considerando dos tipos de materiales, roca y suelo, clasificados deacuerdo con la literatura geológica existente.

Parámetro 4: p. Regionales Corresponde a las características climáticas, sísmicas y deuso del suelo, basados en estudios realizados por entidades como el IDEAM eINGEOMINAS.

Parámetro 5: agua superficial y subterránea Evalúa el nivel de conservación de lavegetación, el conjunto las características propias de las corrientes hídricas/ cuerpos deagua y las características hidrológicas de la zona, incluidas las lteraciones a los caudaleso cursos de agua.

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Parámetro 6: indicadores de inicio de movimiento Este es el factor que más peso tienedentro de la evaluación, con el 25% y busca evaluar la presencia de procesos de deterioroy la evidencia de inicio de movimientos. Contempla procesos erosivos y de colapso deestructuras cercanas (cercas, viviendas, postes, etc).

Parámetro 7: mantenimiento y monitoreo Este parámetro verifica la existencia y eficienciade los programas de mantenimiento geotécnico en las líneas de transporte y la instalaciónde sistemas de monitoreo. El mantenimiento y el monitoreo permiten establecer unareducción de riesgo a partir de la ejecución de las actividades de mantenimientopreventivo y correctivo, y la implementación de los sistemas de monitoreo, el cual puede

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incluir técnicas e instrumentos como inclinómetros, piezómetros, control topográfico,estaciones meteorológicas, DGPS, fibra óptica, mapeo inercial, entre otros.

Sistema de gestión de amenazas y riesgos para taludes en roca de grandes61,

Planteada por la firma BGC Engineering Inc. En cabeza de los autores Porter et al(2002).

Aquí se plantea un modelo de cuatro fases a lo largo de las instalaciones lineales comocarreteras, ferrocarriles y oleoductos. Las fases son:

Fase I - Una evaluación general;Fase II - identificación de peligros naturales y de calificación;Fase III - Estudios detallados de los sitios de alta calificación, y,Fase IV - Evaluación de riesgos, análisis de costo-beneficio y mitigación.

Los mecanismos evaluados son caídas, flujos, volcamientos, fallas planares, fallas encuña y circulares. El tipo de mecanismo de falla es una función del tipo de material y lafuerza, geología estructural, la geometría de la pendiente y la cantidad de agua.

La gestión del riesgo implica a menudo un enfoque único para cada tipo de falla.Tipo de material influye en la fragmentación de las partículas y el impacto la energía. Laroca se clasifica de acuerdo con su dureza mediante pruebas de campo estándarreconocido por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas. Material que contiene

61 A HAZARD AND RISK MANAGEMENT SYSTEM FOR LARGE ROCK SLOPE HAZARDS AFFECTING PIPELINES INMOUNTAINOUS TERRAIN, Porter et al, 2002.

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una mezcla de tierra y roca, junto con el suelo residual, para efectos de este análisis sonclasificados como detritos.

Esta metodología está basada en la metodología CNRHA62 y es utilizada por el Ferrocarrilnacional Canadiense. Para la amenaza se evalúa cada elemento individualmente deacuerdo con la siguiente formulación:

HRE = ES x ISE x DSE x CSEDonde;

HRE (Elemental hazard ratings) = Índices de peligrosidad elementalesES (Event Score) = Es una estimación subjetiva de la probabilidad anualde una falla.ISE (Impact Score)= Basado en la estimación de la probabilidad de que unelemento sea impactado si ocurre la falla.DSE (Damage score)= Medida del potencial de daño de un elemento siocurre el impactoCSE (Consequence score)= factor relacionado con el costo del daño queafecta un elemento, si el daño ocurre.

Todos los factores a excepción de las consecuencias tienen valores entre 0 y 1. En elcaso de eventos, puede hacerse una cuantificación basada en los métodos actuariales,que consideran como base los datos históricos. En el caso de los impactos, se determinaa partir de tres zonas de cercanía A, B y C que son las zonas definidas como vulnerablesante un evento de este tipo. El índice de daño se calcula teniendo en cuenta la velocidaddel movimiento como indicativo de la energía cinética del proceso, la observación de losefectos de diferentes procesos y con la revisión de los datos publicados sobre la carga deimpacto de las tuberías enterradas.

Salgado (2005)

Propone para el análisis de la amenaza por deslizamientos tomar en cuenta cuatrofactores críticos que afectan de manera directa la vulnerabilidad a deslizamientos comoson: la intensidad de uso del suelo, la cobertura vegetal, la pendiente y la precipitación. Elanálisis se basa también en el reconocimiento de campo y caracterización de los peligrosderivados de terrenos inestables mediante el análisis geomorfológico, recurriendo al usode mapas, fotos aéreas y visitas de campo.

62 Metodología creada combinando el núcleo del modelo Chardonne con algunas características del marcoconceptual ODT-RHRS aplicado a instalaciones lineales. El modelo Chardonne (Oboni y Angelillo, 1993 andOboni et al, 1994) fue desarrollado en Suiza para evaluar riesgos por caída de rocas en zonas urbanas yrurales. El ODT-RHRS (Pierson et al, 1994) es un método cualitativo que fue desarrollada por elDepartamento de transporte de Oregon en Norte América, para su aplicación en EEUU y Canada.

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Para cada uno de los cuatro factores se definieron los indicadores para cada factor crítico,se clasificaron de forma cualitativa y les fue establecida una valoración. A continuación seindica la ponderación y estandarización de cada indicador:

Tabla 2-19. Ponderación del factor tipo de cobertura.

Tabla 2-20. Ponderación del factor uso del suelo.

Tabla 2-21. Ponderación del factor pendiente.

Tabla 2-22. Ponderación del factor de precipitación.

Tabla 2-23. Estandarización de los indicadores

La sobreposición ponderada de los mapas de los factores críticos dio como resultado elmapa de amenaza de deslizamientos, la cual se hizo utilizando la siguiente fórmula.

Integración de factores críticos =

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Donde: a = Tipo de coberturab = Tipo de pendientec = Intensidad de uso del suelod = PrecipitaciónF = Peso relativo según su contribución al riesgo

Coordinadora Nacional para la reducción de riesgos en Guatemala

Plantea una metodología en su estudio para la zonificación de amenaza pordeslizamientos y flujos de detritos en Panabaj-T´zanchaj y Pachichaj-Chuul-Panul,Santiago Atitlán. Este realiza una Integración de los factores condicionantes ydesencadenantes.

La generación de los mapas de amenaza incluye secuencialmente:

1. Evaluación de cinco factores condicionantes integrados como mapas temáticos(elevación, pendiente, aspecto, geología y uso del suelo-cobertura vegetal);

2. ponderación individual de cada mapa temático;3. multiplicación entre mapas temáticos ponderados (mapa de susceptibilidad)4. multiplicación entre susceptibilidad y factor desencadenante proveniente del

análisis hidrometeorológico, particularmente el mapa de isoyetas, incluido en la secciónrespectiva, generando el mapa de amenaza.

La figura 2-43 resume las evaluaciones y ponderaciones realizadas haciendo uso delsistema de información geográfica (ArcGis®), para la integración de los factorescondicionantes de amenaza por flujo de detritos y deslizamientos, respectivamente. Lasusceptibilidad que en este caso corresponde a la amenaza, esta ponderada entre 1 y 5,siendo 5 la condición más desfavorable y 1 la condición más favorable. Se resalta laforma tan sencilla en la cual se presentan los resultados, pues su interpretación y porende su uso es muy sencillo ya que en cada uno de los factores se presenta rangos devalores para realizar una adecuada evaluación de la amenaza.

El término susceptibilidad hace referencia a la predisposición del terreno a la ocurrenciade deslizamientos y no implica el aspecto temporal del fenómeno. Santacana (2001)63.

63 Tomado de la referencia Almaguer,2005.

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Figura 2-43.Matriz de susceptibilidad de acuerdo con los factores que influyen en laestabilidad

Modelo propuesto por Duque E. G y Duque E. E (2007)

Adapta una metodología propuesta por el OSSO (Observatorio Sismológico de Occidente)

cual se establecen tres variables principales:

Factor geomorfológico, que corresponde a la pendiente del terreno (P)

Factor geológico-estructural (G)

Factor climático: la humedad obtenida a partir de isoyetas (H)

A las anteriores variables los investigadores adicionan dos factores, el primero de elloscorresponde a la rugosidad y zonas con marcas de erosión (R); el segundo corresponde ala amplificación (A) asociada a suelos blandos de considerable espesor que causenamplificación de ondas sísmicas y la presencia de corredores de fallas en la zona (F). Deacuerdo a estas variables y retomando el modelo del OSSO, la susceptibilidad (S) seráestimada en función de los factores de inestabilidad utilizando la siguiente expresión:

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S = PxGxHxRxAxF

DondeS, es la susceptibilidad de las amenazas consideradas y que se relacionan con losmovimientos en masa.P, la pendiente del terreno que se valora con tres rangos, entre el 30% y el 75% deinclinación.G, la geología, factor que se extiende al incorporar la amplificación A. Los tres rangospara la geología se establecen según se trate de suelo, regolitos y saprofitos para elprimer rango; de rocas muy blandas para el segundo rango y de rocas al menosmedianamente competentes para el tercer rango.H, la humedad fue valorada a partir de un mapa de isoyetas para el mes de octubre,considerado el más lluvioso.R, la rugosidad factor que considera los depósitos visiblemente importantes que seencuentran ubicados en las partes altas de las laderas.F, el fallamiento se define considerando un corredor de 150 m de ancho en la zona.

b. Cuantitativo

Métodos actuariales

Son aquellos cuya cuantificación se realiza basada en la recopilación de datos de eventoshistóricos que mediante la aplicación de distribuciones estadísticas permiten identificar

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tendencias basados en la coincidencia de las condiciones de frontera (tipo de material,posibles detonantes, morfología, entre otros). Ver figura2-44.

Figura 2-44. Diagrama metodológico del análisis por métodos actuariales. (Bonachea,2006).

Trans mountain pipe line company, en british columbia64: Uno de los ejemplos másclaros es el desarrollado por la compañía operadora, cuyo objetivo principal es tener una

aplicada por cualquier individuo en la cual se reduzca al mínimo el sesgo del personal queparticipe dentro del proceso, maximizando así la objetividad ; por otra parte evitando queel aprendizaje sea de un individuo para fomentar el aprendizaje como organización degeneración en generación, tal como lo indican las principales teorías administrativas.

Pero la verdadera importancia de la herramienta está en la selección de la informaciónque será incluida dentro de la aplicación:

1. Tabla de amenazas geotécnicas. Se describen utilizando la terminología deCruden y Varnes (1996). Incluye identificación de peligros, ubicacióngeográfica, de inicio y fin, fotos, tipo de amenaza (caída de rocas, flujo deescombros, deslizamiento), como se observó (visitas de campo, fotografíaaérea). Estos datos son generalmente estáticos ya que no se actualiza tan amenudo como datos de la inspección. Sin embargo, es necesaria para ayudara describir la naturaleza y la magnitud de la amenaza.

2. Tabla de inspecciones geotécnicas: incluye identificación de peligros, la fechaen la cual se observaron, la actividad, causa, consecuencia, la intensidad,magnitud, comentarios de observadores, y las cuantificaciones de riesgopasado, presente y futuro, como parte del riesgo en general.

Las calificaciones de riesgo pasado expresa la ocurrencia de peligros históricosen un lugar determinado. Del mismo modo, la calificación de riesgo presente

64 Natural hazard database application - A tool for pipeline decision makers, (Leir and Reed, 2002)

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expresa la amenaza existente y activa. La calificación de riesgo futurocuantifica el potencial peligro de un lugar determinado, considerando lanaturaleza de los factores tales como la geología desfavorable y pendientespronunciadas.

3. Tabla de amenazas hidro técnicas: Describe orden de la corriente, el gradientede flujo, tamaño de la cuenca de drenaje, patrón de flujo y el confinamiento, entorno a la cubierta forestal, carreteras cercanas, puentes, ferrocarriles y otrascaracterísticas antropogénicas. Estos datos son relativamente estáticos y no seactualiza comoa menudo como datos de la inspección.

4. Tabla de inspecciones hidro técnica: Incluye identificación de amenaza, lafecha, la información del observador, tipo de amenaza (erosión, ladegradación, erosión de las orillas, entre otros), y el riesgo potencial.

5. Tabla registro fotográfico: Esta tabla incluye identificación de peligros,fecha de la foto, nombre de archivo, fotógrafo, y los comentarios. Este catálogode fotos se almacenan en formato JPEG en un servidor o CD. Proporcionan alos usuarios una la historia pictórica del riesgo geotécnico o hidráulicas. Estasimágenes se insertan automáticamente en diversas formas e informes en labase de datos.

6. Tabla índice de la geología de la superficie: Esta tabla incluye ubicación,código de clasificación del terreno, y la descripción.

7. Tabla- índice de reportes geotécnicos: Índice de los informes en papeldisponibles. Con fecha, sección de la tubería, título, autor e información decontacto, contenidos, (texto, fotos, planos, fotos aéreas), tema, y las palabrasclave. Esta información se puede consultar para permitir al personal localizarrápidamente referencias geotécnicas para secciones específicas de la tubería.

Esto permite a la organización tener un centro de datos históricos, cuantificar sus riesgosde manera confiable y tener a la mano una herramienta para la toma de decisiones queha sido aplicada con éxito, pero que día a día requiere más interacción multidisciplinariapara que la evolución de esta herramienta esté a la vanguardia de la información que sepuede analizar en ella.

Desarrollo, aplicación y validación de procedimientos y modelos para la evaluaciónde amenazas, vulnerabilidad y riesgo debidos a procesos geomorfológicos: Elproceso para la estimación y modelación de la susceptibilidad y peligrosidad serepresenta en la figura 2-45, el desarrollo de este esquema requiere en primer lugar laconfección de un modelo de probabilidad espacial para un determinado tipo dedeslizamiento (de acuerdo con la hipótesis de falla formulada), mediante la utilización deherramientas estadísticas que permiten correlacionar deslizamientos ocurridos con losfactores que se considera, determinan su aparición. Posteriormente a partir del análisis dedistribución de frecuencias de los deslizamientos producidos en el periodo (1954 2001),se formulan escenarios de frecuencia futura en los cuales se pueden transformar losmodelos de susceptibilidad en modelos de probabilidad espacio-temporal.

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Figura 2-45. Diagrama metodológico para la evaluación de modelos de probabilidadespacio temporal y de modelos de peligrosidad. (Bonachea ,2006).

Para obtener modelos de peligrosidad hay que tener en cuenta la magnitud que se haconsiderado como la magnitud media de los deslizamientos, de acuerdo con losescenarios de magnitud basados en el comportamiento de los deslizamientos en elpasado.

Evaluación de la susceptibilidad de deslizamientos mediante el uso conjunto deSIG, teledetección y métodos de evaluación multicriterio: (Hervás y Rosin, 2001)emplean para la evaluación de la susceptibilidad del Barranco de Tirajana unametodología que requiere en primer lugar la creación de la base de datos mediante laelección y cartografía de los factores del terreno condicionantes de la inestabilidad. Paraello se utilizan técnicas tradicionales, como la fotointerpretación y el reconocimientodirecto de campo, junto con otras de tratamiento digital de imágenes de satélite, deinterpretación de imágenes de satélite tridimensionales.

A continuación se subdivide cada factor en clases, a las que asignan pesos en función desu influencia relativa en la inestabilidad. Posteriormente se determina analíticamente elpeso relativo de cada factor con respecto a los demás, usando para ello el método deevaluación multicriterio de las jerarquías analíticas (Saaty, 1980, 1994; Eastman et al.,1995). Éste utiliza una estructura jerarquizada de criterios (los factores del terreno ennuestro caso) junto con la comparación de criterios por parejas para establecer sus pesos.

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Métodos de síntesis y estadísticos

En el caso cuantitativo se debe recurrir a los siguientes métodos para la obtención de laprobabilidad de falla, basados en la función de comportamiento [Pf= f(FS)] que gobiernacada proceso:

Método Directo: Conocidos Fs promedio y su desviación estándar (Fs), para Fs sepueden emplear, en general, cuatro tipos de distribuciones: Log normal, Normal,Weibull uniparamétrica (González, 1992; González et al, 2005; Ang y Tang, 1984), yBeta, (Harr, 1987).

Método de Montecarlo: (Sánchez, 2005) genera aleatoriamente numerosos valoresde las variables independientes Yi, cumpliendo con sus respectivas distribucionesestadísticas y se llega también a un gran número de valores de Fs, los cuales siguenuna distribución, de la cual es posible calcularla probabilidad de falla Pf. En losproblemas con indeterminación, para obtener el Fs mínimo es necesario obtener portanteos varios valores de Fs.

Método de Rosenblueth. La metodología general de Estimativos Puntuales(Rosenblueth 1975; Harr,1987), permite, conocidas las distribuciones estadísticas delos n parámetros Yi, combinados en un algoritmo que resulta en un factor deseguridad Fs, obtener el promedio y la desviación estándar de dicho Fs = F (Yi, Yj,Yk, ...., Yn) - Es necesario obtener los valores de Fs para las 2n combinacionesposibles de los Yn parámetros.

Involucrados, combinaciones de valores de:

Yi + = Yiprm + Syi ; Yi = Yiprm Syi

Yj + = Yjprm + Syj ; Yj = Yjprm Syj

Yk+ = Ykprm + Syk ; Yk = Ykprm Syk ; etc.

El factor de seguridad. Como se puede observar en la descripción de cada una de lasmetodologías expuestas anteriormente, se habla del factor de seguridad, cuya definiciónsimplificada es el cociente entre las fuerzas resistentes y las fuerzas actuantes de unsistema. A continuación se indican de acuerdo con diferentes autores, lasrecomendaciones para este cociente:

El departamento de Ingeniería civil del Gobierno de Hong Kong recomienda el uso de estatabla contenida en el manual geotécnico de taludes del 84, donde el mínimo factor es 1 yel mayor 1,4.

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Por otra parte, las normas internacionales AASHTO, 2001. Se recomiendan el factor deseguridad mínimo para condición estática en 1,30 mínimo y para condición sísmica 1,10.

El ingeniero Salas de Geotecnia y cimientos, plantea en la siguiente tabla los valoresfrecuentes de los coeficientes de seguridad parciales mínimos

Evaluación del peligro de deslizamientos usando la simulación de Monte Carlo65 :Los autores plantean en este documento un enfoque de estabilidad del modelo geotécnicopara la evaluación de riesgos resaltando sus ventajas frente a los enfoques subjetivos oestadísticos. De la misma manera resaltan la importancia del enfoque probabilísticoteniendo en cuenta la variabilidad natural y la incertidumbre de cada variable de entradaen un análisis de la estabilidad.

En este trabajo se describen dos programas de microcomputadora, LISA y SARA, queutilizan la simulación de Monte Carlo para ayudar a cuantificar la probabilidad de falla delas laderas.

Las principales ventajas de los modelos probabilísticos se describe en este documentoson:

a. Proporcionan un marco racional y objetivo para la evaluación probabilística deestabilidad de laderas

65 Hammond, C.J.; Prellwitz, R.W.; Miller, S.M. 1991. Landslide hazard assessment using MonteCarlo simulation. Bell, D.H., ed. Landslides/Glissements de terrain. Proceedings of the SixthInternational Symposium, 10-14 February 1992, Christchurch, New Zealand. Rotterdam, TheNetherlands: A.A. Balkema. Vol. 2, 959-964.

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b. Permiten al usuario para el tratamiento de todas las variables de entradaestocásticamente,

c. Proporcionan un plan documentado de cómo la incertidumbre y la variabilidad sonconsiderados,

d. Proporcionan una salida fundamental para los estudios económicos y análisis deriesgos.

: Este proyecto tiene una baseestadística que se complementa con la existencia de un inventario de deslizamientos, quecomo se vio en el numeral anterior, corresponde a un método actuarial. El análisisestadístico está basado en la relación observada entre cada factor condicionanteanalizado y la distribución espacial o temporal de los deslizamientos. La técnica aplicadaen la investigación es el análisis probabilístico condicional, que evalúa la relaciónprobabilística entre los factores condicionantes y la ocurrencia de deslizamientos en elárea del yacimiento Punta Gorda.

La base teórica parte del teorema de Bayes, conforme al cual los datos de frecuencia,tales como área de deslizamientos o cantidad de deslizamientos, son usados paracalcular probabilidades que dependen de la ocurrencia de eventos previos.

A partir de la base teórica y bajo varias aproximaciones probabilísticas, se obtuvo lasiguiente ecuación para la valoración de las clases de los diferentes factores usados en elanálisis de susceptibilidad. Almaguer (2005):

Donde:Vc: valor de la clase analizada.Xl: área ocupada por deslizamientos en la clase lito-estructural.Yl: área de la clase del grupo lito-estructural.Gl: área total ocupada por cuerpos de gabros en la clase lito-estructural.Xn: área ocupada por deslizamientos en la clase analizada.X: área total ocupada por deslizamientos.Yn: área de la clase analizada.Y: área total de la zona de estudio.

Teniendo en cuenta los criterios de inestabilidad y los factores condicionantes, sobre labase de los reconocimientos de campo, la experiencia y las consultas con losespecialistas, se seleccionaron los factores utilizados en el análisis de susceptibilidadpara su tratamiento mediante técnicas estadísticas. El esquema general de lametodología utilizada por los autores para el desarrollo de este estudio particular, sepresentan en la figura 2-46.

La utilización combinada de estos factores con el inventario de deslizamientos genera unplano residual, que explica que lugares son más o menos susceptibles al desarrollo de

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deslizamientos, a cada uno se le asigna un valor o significado, por su influencia defavorecer o reducir la posibilidad de rotura de los taludes y laderas, en función de lacantidad de área ocupada por deslizamientos en las clases de cada factor.

Figura 2-46. Metodología empleada en la evaluación de la susceptibilidad del terreno a larotura. Almaguer (2005).

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2.2 AMENAZA FALLA DE LA TUBERÍA

La seguridad de las tuberías es una cuestión de interés público. Las empresasoperadoras y en general todas las industrias que participan en el proceso deben cumplircon las regulaciones en materia de seguridad de las personas, ya que pueden verseafectados por el diseño, construcción, operación, mantenimiento y abandono de lastuberías.

En el caso de las tuberías, el evento potencialmente dañino del que se habla en elconcepto de amenaza, está relacionado con la falla de la tubería, que en este caso seránel lugar del deslizamiento y el tiempo en el cual se presenta este.

2.2.1 Metodologías desarrolladas. Durante el desarrollo de este documento, seencontró que las metodologías existentes corresponden particularmente ametodologías cuantitativas, en las cuales se evalúan diferentes escenarios dedaño que en la mayoría de los casos no consideran los procesos de remoción enmasa, pues son vistos desde la óptica mecánica del trabajo de la tubería.

a. cuantitativa

API RP 581

API establece un método cuantitativo que permite generar los programas de inspecciónde Equipos Estáticos en función del riesgo que representan. En esta metodología seconsidera que la acción de inspeccionar no reduce el riesgo como tal, sin embargo reducela incertidumbre y es la mejor forma de cuantificar del daño del componente.

La formulación para la determinación de la probabilidad de falla es:

Pf (t) = gff . Df (t) . FMS

Donde;Pf (t) : Probabilidad de FallaFMS : Factor de Sistemas de Gerenciamientogff : frecuencia de falla genéricaDf (t) : Factor de Daño

Frecuencia de Falla Genérica gff : La frecuencia de falla genérica (gff) considera laprobabilidad de falla sin mecanismos de daños presentes en el equipo. Para calcular laFrecuencia de Falla Genérica, se aplica la Tabla 4.1 de la API RP 581.

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Factores de Daño: La metodología establece el cálculo de factores del daño los cualescorresponden a una estimación o medida de la susceptibilidad con que los mecanismosde daños se encuentran activos en el componente en servicio.

Los factores de daño no proporcionan una evaluación definitiva de la aptitud para elservicio del componente, pero sirven para evaluar la cantidad de daño que puede estarpresente en función del tiempo en servicio y de la eficacia de una actividad de inspección.Los mecanismos de Daños Considerados son:

a) Adelgazamientob) Componentes con Revestimientc) Daños Externos

f) Fatiga Mecánica (sólo tuberías)g) Fractura Frágil

Factor de sistemas de Gerenciamiento: Este factor mide la efectividad de la compañíaen gerenciar los sistemas de gestión de seguridad de sus instalaciones y su efecto sobrela integridad de sus equipos. La tecnología de RBI de API posee una herramienta paracalcular esta afectación y modificar directamente la probabilidad de falla de uncomponente. La herramienta consiste en valoraciones resultantes de entrevistas con laGerencia de Planta, Operaciones, Inspección, Mantenimiento, Ingeniería, Capacitación ySeguridad, de acuerdo con la siguiente tabla.

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Para Calcular el Factor de Sistema de Gerencia, primeramente se calcula el % decumplimiento de las respuestas obtenidas de la encuesta según:

Posteriormente el factor se evalúa con la siguiente ecuación:

Villar et al (2003) prevención de fallas en tuberías de transporte degas

Proponen una metodología basada en relaciones de mecánica de fractura para fallaindependiente de la tenacidad de tubos presurizados66. Contempla el análisis de defectosaislados (o bien la consideración de áreas corroídas como defectos aislados) cuyageometría se asume semi elíptica y con un ancho despreciable respecto de la profundidady la longitud. Los parámetros requeridos para los cálculos son:

a) Propiedades nominales del material

b) Longitud axial total y profundidad máxima de los defectos de corrosión. Una limitaciónimportante consiste en que sólo se considera la presión interna, ya que no se puedenusar en los casos donde las fuerzas externas sean significativas. Apuntan adeterminar la presión de trabajo segura que se expresa en términos de:

Donde;P : Presión de trabajo segura [N/mm2]Pf : Presión de falla (tubería con corrosión) [N/mm2]Po : Presión de falla (tubería sin corrosión) [N/mm2]Rs : Factor remanente de resistencia (entre 0 y 1)Fs : Factor de seguridad (> 1)

***67González (2010)

En su trabajo de grado para obtener el título de Magister en Geotecnia, desarrolló unaserie de curvas para determinar la vulnerabilidad de las tuberías frente al deslizamiento. A

66 J.Kiefner, W.Maxey, R.Eiber y A.Duffy, 1972, "Failure stress levels of flaws in presurizedcylinders", ASTM STP 536, ASTM, 461-48167 La inclusión de esta metodología dentro de este capítulo tiene su explicación en el planteamientode la metodología que se realiza en el capítulo 4.

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continuación se citarán textualmente indicaciones de este trabajo, sobre los alcances delmismo y la manera como puede ser utilizado para efectos prácticos como los buscadoscon este documento.

Las Curvas de Vulnerabilidad junto con las correspondientes Curvas de losDesplazamientos máximos que pueden realizar el deslizamiento y la tubería juntos, enfunción de la anchura del deslizamiento, permiten adelantar evaluaciones devulnerabilidad, partiendo de información conocida compuesta por parámetros geométricosy de resistencia de la tubería, y la anchura del deslizamiento en cuestión.

Las gráficas también permiten realizar los siguientes estimativos:

- Cálculo rápido de los desplazamientos que se deben presentar en sentidoperpendicular al eje para que el acero de fabricación de la tubería alcance fluencia yposteriormente rotura.

- Un nivel de daño de la tubería a partir de mediciones de desplazamientos deldeslizamiento, y por consiguiente de la tubería.

- El porcentaje de vulnerabilidad en el que se encuentre una tubería, con base en losdesplazamientos de ésta en sentido perpendicular a su eje. Dependiendo del rangode desplazamientos en que se encuentre la tubería con respecto a los requeridos porel material de fabricación para alcanzar rotura, se podrá determinar el nivel de dañopermanente en el cual se encuentra en ese momento la tubería, para tomar

Esta herramienta permite independientemente del proceso que se tenga, evaluar deacuerdo con las condiciones de la tubería y parámetros de resistencia del suelo, lavulnerabilidad de la tubería frente al desarrollo de un proceso. Para ello propone unasgráficas cuyo modo de uso se indica a continuación:

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1. Conocidos el diámetro y el espesor de pared de una tubería afectada por undeslizamiento, se selecciona una de las veinticuatro figuras disponibles al final deeste documento, en cada una de las cuales aparece una gráfica que relaciona laanchura del deslizamiento con el desplazamiento máximo de un deslizamiento y unatubería juntos, para 17 tipos diferentes de suelos (Gráfica A), y tres gráficas querelacionan la vulnerabilidad de tuberías de acero específicas, con losdesplazamientos del deslizamiento(Gráficas B1, B2 y B3).

2. Con el grado del acero de fabricación de la tubería se limita el análisis a una de lastres gráficas, Gráfica Bi.

3. La anchura del deslizamiento reduce la evaluación a una abscisa en la Curvas de losDesplazamientos máximos que pueden realizar el deslizamiento y la tubería juntos,en función de la anchura del deslizamiento, Gráfica A, y a una curva de vulnerabilidaden particular en la Gráfica Bi

4. Si se dispone de una estimación o una medida del desplazamiento del deslizamientoen sentido perpendicular al eje de la tubería, se deberá comprobar en la Gráfica A siésta pudo ser realizado simultáneamente por el suelo y la tubería. Para esto se subepor la abscisa correspondiente a la anchura del deslizamiento, hasta la curva querepresente mejor las propiedades de resistencia del suelo natural. Entonces se podráleer en el eje vertical, el máximo desplazamiento que pueden realizar el deslizamientoy la tubería juntos, para el suelo considerado, en un deslizamiento de anchuradefinida. Si el desplazamiento de campo es menor que el leído en la Gráfica A, esposible utilizar la Gráfica Bi en la evaluación en la evaluación de vulnerabilidad. De locontrario ésta no podrá ser utilizada porque para la magnitud de desplazamiento de

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campo, el suelo ya está pasando por encima de la tubería, por lo cual no se estaríancumpliendo los supuestos de la evaluación.

5. Una vez revisada la posibilidad de utilizar la curva seleccionada en la Gráfica Bi, sepodrá ingresar a ésta por el eje vertical, hasta alcanzar la curva correspondiente a laanchura del deslizamiento en estudio. Entonces se podrá leer el porcentaje devulnerabilidad de la tubería en el eje horizontal.

6. La curva seleccionada en la Gráfica Bi permite también estimar el desplazamientoadicional necesario para que el acero entre en fluencia. Para esto se puede subir porla curva seleccionada en la Gráfica Bi, desde el punto definido en el paso anterior,hasta la línea vertical azul que indica el punto de fluencia del material, y regresarse eleje vertical para leer el desplazamiento correspondiente. La diferencia entre estevalor y el desplazamiento en estudio será el desplazamiento que falta para que elacero alcance fluencia. En este caso también es necesario verificar como puedereaccionar la tubería según el suelo natural en el que se encuentre enterrada, para locual se deberá seg

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2.3 AMENAZA DERRAMES, INCENDIOS y EXPLOSIONES

El enfoque inicial de este documento nos obliga a dar una mirada a los desarrollos enmateria ambiental y de seguridad industrial para abordar el concepto de amenaza yposterior evaluación de consecuencias.

Según URS/Dames y Moore Bolivia S.A. (2005) los incendios y/o explosiones puedenser provocados tanto por factores endógenos como por exógenos de acuerdo con lassiguientes causas:Errores humanos o accidentesAcciones planificadas de terceros (robos, atentados o sabotaje)Incendio provocado por procedimientos inadecuados durante las operaciones con equiposy maquinariaChispa, fuente de calor o de ignición en presencia de aire o atmósferas combustibles oexplosivasCorto circuito en instalaciones y conexiones eléctricas de equipos o instalacionesFenómenos naturales (tormentas eléctricas, sismos)

Así mismo indica que el derrame y fuga de producto se puede producir principalmentepor factores endógenos de acuerdo con las siguientes causas:Errores humanos o accidentes (errores en la operación, sobrellenado y rebalse detanques, prácticas inadecuadas de mantenimiento y trasvase de productos, etcFalla material (corrosión, pitting, erosión, falla de elementos de control, rotura,sobrepresión, etc.Defectos de construcción (conexiones defectuosas, soldaduras de mala calidad, desgasteprematuro de material, etc.

Los organismos de control del estado Mexicano, basados en el Atlas Nacional de RiesgosCENAPRED (2001), presentan desde esta perspectiva la magnitud del problema quegenera un desastre ambiental, para prevenir y controlar los efectos a la salud e identificarlas acciones que cada entidad implementa al presentarse un desastre, identificando comocausas dos grupos fundamentales:

1. Desastres naturales, aquí están incluidas todos los procesos de origen naturales,dentro de los cuales los procesos hidrogeológicos ocupan el mayor porcentaje deincidencia, tal como se muestra en la figura 2-47.

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Figura 2-47. Influencia de los procesos naturales en los desastres ambientales68.

2. Desastres antropogénicos, en los cuales los derrames ocupan el mayor porcentajede incidencia con un 59%, las explosiones con un 13% y los incendios con un 7%, lamayoría de ellos relacionados con hidrocarburos y sus derivados. Ver figura 2-48.

Figura 2-48. Influencia de los procesos antropogénicos en los desastres ambientales

68 Primer Diagnóstico Nacional de Salud Ambiental y Ocupacional , Dirección general desalud ambiental, 2002. http://www.scribd.com/doc/19832279/MEXICO-Primer-Diagnostico

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Por otra parte Bermudes y Corredor (2006)69 plantean para el caso Colombiano lascausas más frecuentes de ocurrencia de un derrame de hidrocarburos, en los cuales aligual que en el caso Mexicano se presentan dos grupos: los procesos naturales y lasactividades antrópicas.

Tabla 2-24. Identificación de amenazas. Bermúdez y Corredor (2006)

2.3.1 Derrames. Los hidrocarburos son compuestos de gran abundancia en lanaturaleza y están integrados por átomos de carbono e hidrógeno, los primeros disponenun armazón de estructural al que se unen los átomos de hidrógeno. Forman el esqueletobásico de las moléculas de la materia orgánica, por lo que también son conocidos comocompuestos orgánicos.

Asimismo los podemos encontrar en formaciones geológicas, tanto en estado líquido(denominado comúnmente con el nombre de petróleo) como en estado gaseoso (gasnatural). Así es como estos hidrocarburos estipulan una actividad económica de primeraimportancia a nivel mundial, pues constituyen los principales combustibles fósiles,además sirven de materia prima para todo tipo de plásticos, ceras y lubricantes.

El petróleo es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por diferentessustancias orgánicas en su mayoría aromático, parafinas, naftenos, además de olefinas ydienos junto con cantidades variables de derivados hidrocarbonados de azufre, oxígeno ynitrógeno. Cantidades variables de gas disuelto y pequeñas proporciones decomponentes metálicos. También puede contener agua en suspensión o en emulsión ysales.

Sus componentes útiles se obtienen por destilación en las refinerías de petróleo. En lasrefinerías se separan del petróleo distintos componentes como gasolina, gasoil, fueloil yasfaltos, que son usados como combustibles.

69 FORMULACIÓN DEL PLAN DE CONTINGENCIA POR DERRAME DE HIDROCARBUROS EN TUMACO NARIÑO,Universidad de la Salle, 2006

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El vertido de hidrocarburos al ambiente, genera contaminación tanto directa comoindirectamente, a todas las esferas de la Tierra: atmósfera, océanos fuentes hídricas engeneral- y suelos, llegando en algunos casos a traspasar los límites edafológicos y afectara las aguas subterráneas. En la Tabla 2-25 se pueden observar las propiedadesfísicas/químicas y posibles efectos adversos de cada uno de los tipos comunes depetróleo durante los derrames:

Tabla 2-25. Propiedades fisicoquímicas y efectos sobre el medio ambiente del petróleo.Exxon Mobil (2008).

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La figura 2-49 ilustra los cambios progresivos de las propiedades físico-químicasatribuibles al proceso de intemperización70 durante los derrames de hidrocarburos:

Figura 2-49. Cambios progresivos de las propiedades del petróleo por intemperización-Exxon Mobil (2008).

i. Evaporación: Este proceso afecta la composición del producto derramado:aumenta su densidad y viscosidad y decrece su solubilidad en el agua, reduciendoasí el nivel de toxicidad del producto. En la medida que los compuestos másvolátiles se evaporan, el petróleo se hace más pesado y puede llegar a hundirse. Alas 24 horas casi el 40% del petróleo se ha evaporado. Estos porcentajes vanvariando de acuerdo al grado de viscosidad del hidrocarburo, por lo que el procesode evaporación juega un papel muy importante en los derrames, en especialcuando se trata de gasolinas o crudos livianos.

ii. Disolución: Este proceso es aquel por el cual parte del hidrocarburo se disuelve enel volumen de la columna de agua y en los alrededores del derrame. El tiempo dedisolución depende de la composición, tasa de esparcimiento, temperatura delagua, turbulencia y grado de dispersión. Aunque el proceso comienzainmediatamente, es de largo plazo y continúa durante todo el proceso dedegradación del hidrocarburo. Es de notar que los compuestos más ligeros son losmás solubles en el agua y por lo tanto se convierten en los más tóxicos, por lo quees muy importante calcular su concentración, para estimar los posibles efectostóxicos.

iii. Oxidación: Es la combinación química de hidrocarburos con el oxígenoatmosférico y contribuye a la descomposición o degradación final del petróleo.

70 La intemperización es la pérdida de ciertos componentes del petróleo a través de una serie de procesos naturales quecomienzan una vez que ocurre el derrame y continúan indefinidamente.

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Cuanto más área expuesta exista, mayor será la oxidación y mayor la velocidad dedegradación. Este proceso es lento puesto que sólo una pequeña cantidad deoxígeno puede penetrar en una mancha de petróleo. La radiación ultravioleta solarproduce la oxidación fotoquímica, dependiendo de la intensidad de la radiaciónsolar.

iv. Emulsificación: Este es el proceso por el cual un líquido se dispersa en otro líquidoen forma de pequeñas gotitas, es decir como suspensión. Muchos hidrocarburospresentan una tendencia a absorber agua en emulsiones que pueden aumentar elvolumen del contaminante en un factor entre 3 y 4. Estas emulsiones a menudoson extremadamente viscosas y como resultados de estos los demás procesosque harían que el hidrocarburo se disipe se ven retardados.

v. Sedimentación: Puede suceder por dos mecanismos: el primero se define en lamedida que el hidrocarburo se intemperiza resultando en un incremento de sudensidad respecto al agua circundante y por consiguiente se hunde. El segundoocurre por la adhesión de las partículas suspendidas en la columna de agua alpetróleo.

vi. Biodegradación: Este es el proceso por el cual la mancha desaparece del medioambiente. Ciertas especies de bacterias marinas, hongos y otros organismosutilizan los hidrocarburos como fuente de alimento. Es un proceso natural y muylento debido al agotamiento continuo de oxígeno, a la formación de emulsiones deagua en petróleo (mousse), etc. La tasa de biodegradación depende del contenidode nutrientes (nitrógeno y fósforo), oxígeno disuelto, salinidad, área superficial delderrame y de la composición y tamaño de la población microbiana.

Cada uno de estos cambios progresivos implica un tiempo que depende de laspropiedades, las condiciones ambientales predominantes y las características del fluido,pero generalmente se encuentran dentro de los rangos mostrados en la figura 2-50.

Figura 2-50. Rangos de tiempo para efectos contaminantes. Exxon Mobil (2008).

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Metodologías Desarrolladas

la información relacionada con el sistema de gestión de seguridad, salud ocupacional yambiente. El objetivo es proporcionar información como procedimientos, documentos eindicaciones del sistema de seguridad salud ocupacional y ambiente de la organización 71

a. En Materia NormativaISO 14001

Dentro de lo establecido en las Normas internacionales serie ISO en materia ambiental,se hace necesario identificar todos los impactos ambientales y la evaluación de la

Una organización debería identificar los aspectos ambientales dentro delalcance de su sistema de gestión ambiental, que están asociados con actividades,productos y servicios pasados, presentes y planificados. En todos los casos, laorganización debería considerar condiciones de operación normales, condicionesanormales tales como condiciones de arranque, de parada por mantenimiento ysituaciones de emergencia y accidentes 72

A partir del establecimiento de esta normatividad y teniendo en cuenta que todas lasempresas adheridas al sector hidrocarburos deben manejar sus propios sistemas degestión, lafigura 2-51, muestra un ejemplo de matriz de aspectos ambientales.

Figura 2-51. Ejemplo de matriz de aspectos ambientales. Prieto (2011).

La evaluación contempla una serie de elementos, como:

- Una organización debería considerar su influencia en los siguientes aspectos:1. Relaciones de causa-efecto entre los elementos de sus actividades, productos,servicios y cambios reales o posibles en el medio ambiente;

71 Guía para el sistema de seguridad, salud ocupaciona y ambiente para subcontratistas del sectorde hidrocarburos. Documento OAUPE009 , rev 4 de 2005.72 Norma ISO:14001.

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2. Preocupaciones ambientales de las partes interesadas; y

3. Posibles aspectos ambientales identificados en las reglamentaciones y permisosgubernamentales, en otras normas, o por asociaciones industriales, institucionesacadémicas, etc.

- La organización puede establecer niveles (o valores) de significancia asociadoscon cada criterio que establezca, por ejemplo, basados en una combinación deposibilidad (probabilidad/frecuencia) de que ocurra un suceso y susconsecuencias (severidad/intensidad).

Por otra parte, puede ser útil en la asignación del carácter significativo, porejemplo, cuantitativamente en términos de un valor numérico o cualitativamente entérminos de niveles tales como alto, medio, bajo o insignificante. Los criterios delcarácter significativo se pueden aplicar a los aspectos ambientales de unaorganización o a sus impactos asociados. Los criterios ambientales puedenaplicarse a los aspectos y a los impactos ambientales, pero en la mayoría de lassituaciones aplican a los impactos ambientales.

- La organización debería tener presente lo siguiente, cuando se establecencriterios para determinar la importancia:

1. criterios ambientales (tales como escala, severidad y duración del impacto, otipo, tamaño y frecuencia de un aspecto ambiental);

2. requisitos legales aplicables (tales como los límites de emisión y descarga enlos permisos y reglamentaciones, etc.);

3. las inquietudes de las partes interesadas, internas y externas (como lasrelacionadas con valores de la organización, imagen pública, ruido, olor odegradación visual).

Guía Ambiental para el Transporte de Hidrocarburos por Ductos

Esta Guía propone elementos básicos de la gestión para el desarrollo de proyectos deconducción de hidrocarburos, pero no abarca el manejo ambiental de las estaciones debombeo y almacenamiento, que por sus características son objeto de una guía específica.Los pasos considerados para el transporte de hidrocarburos por ductos son:

- Planificar las actividades del proyecto.

- Establecer criterios y lineamentos de manejo, a través de alternativas, donde cadaproyecto selecciona la opción más adecuada.

- Proponer mecanismos de verificación y control de las actividades propuestas.

- Propiciar la comunicación al interior de la organización responsable y a nivel externo,con las comunidades y las autoridades ambientales y gubernamentales.

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Por otra parte establece que los proyectos de transporte de hidrocarburos por ductospueden desarrollarse dentro de dos grupos:

i. Proyectos desarrollados dentro de un campo: son aquellos comprendidos en la etapade desarrollo del campo y hacen referencia al tendido de líneas de flujo entre pozos y lasfacilidades de producción del campo.

La planificación ambiental puede variar dependiendo de la situación jurídico-ambiental del Campo y de las condiciones en que se plantea el desarrollo delyacimiento.

Si el campo posee Licencia Ambiental Global otorgada con base en un Estudio deImpacto Ambiental (EIA) preparado con los términos de referencia HTER 30073,se deberá, para la ejecución del proyecto, profundizar la información contenida enel EIA del campo, con miras a seleccionar el trazado dentro de los criteriosestablecidos en la zonificación ambiental y elaborar el respectivo Plan de ManejoAmbiental.

Si el campo no posee Licencia Ambiental Global, la planificación ambiental para laconstrucción y operación de líneas de conducción de fluidos, se desarrollaráteniendo en cuenta la caracterización ambiental del área de estudio. Sin embargo,en estos casos hay que tener en cuenta aspectos tales como: grado deintervención del área por la actividad, longitud y diámetro de la línea deconducción, corredores y facilidades existentes, los cuales condicionan el alcancey magnitud de los estudios ambientales a realizar.

ii. Proyectos entre campos o instalaciones: son aquellos que se desarrollan paraconducir fluidos entre dos o más campos o entre estos y las instalaciones de apoyocomo instalaciones de bombeo, terminales, entre otras.

La planificación ambiental de este tipo de proyecto en el EIA74 contempla:

1. la caracterización ambiental del área de estudio en dos niveles: nivel regional(corredor) y nivel local con formación primaria (trazado);

2. la zonificación ambiental de área de estudio que determine la sensibilidad frenteal proyecto;

3. definición del mejor trazado dentro de las rutas establecidas en el corredorseleccionado;

73 Términos de referencia genéricos para la elaboración del Estudio de Impacto Ambiental del campo deexplotación de petróleo o de gas en el sector de hidrocarburos, planteados por Ministerio de ambiente,vivienda y desarrollo territorial.74 Environmental Impact Assessment. Evaluación de impactos ambientales.

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4. evaluación ambiental del trazado definitivo, y diseño ambiental del proyecto conla formulación de un Plan de Manejo Ambiental capaz de afrontar los impactosque generará el proyecto.

cual consiste en la evaluación de la probabilidad de los efectos ambientales de unproyecto de determinada importancia evaluada en conjunto y de manera sistemática. Estoayuda a asegurar que la importancia de los efectos previstos, y las posibilidades dereducirlos, son bien entendidas por el público y la autoridad competente antes de tomar sudecisión. Por otra parte, permite tener en cuenta los factores ambientales que junto conlos factores económicos o sociales, son considerados en la planificación.

Evaluación De Impactos Ambientales75

El término (EIA) describe un procedimiento que debe seguirse para determinados tipos de

delineo en conjunto, de una manera sistemática, una evaluación de la probabilidad de unproyecto en el cual, lo efectos ambientales, cobran importancia. Esto ayuda a asegurarque los efectos previstos, y las posibilidades de reducirlos, son bien entendida por elpúblico y las autoridades competentes antes de tomar decisiones.

La evaluación del impacto ambiental permite que se tengan debidamente en cuenta losfactores ambientales, junto con los factores económicos o sociales en la planeación de losproyectos. Ayuda a promover un modelo sostenible de desarrollo físico y la tierra y el usode la propiedad en ciudades, pueblos y el campo. Si se realiza correctamente, quebeneficie a todos los involucrados en el proceso de planificación.

La preparación de una declaración medioambiental en paralelo con el diseño del proyectoproporciona un marco útil dentro del cual las consideraciones ambientales son tenidas encuenta desde la concepción inicial del mismo. El análisis ambiental puede indicar comomodificar el proyecto para evitar posibles efectos adversos, por ejemplo considerandoalternativas más favorables para el medio ambiente.

El interés del público en general en un gran proyecto a menudo se expresa como lapreocupación sobre la posibilidad de efectos desconocidos o imprevistos. Al proporcionarun análisis completo de los efectos de un proyecto, una declaración medioambientalpuede ayudar a disipar los temores creados por la falta de información. Al mismo tiempo,la interacción temprana con el público puede permitir a los desarrolladores hacer losajustes que contribuyan a asegurar que los impactos ambientales se minimicen para eldesarrollo propuesto.

75 Las declaraciones medioambientales a las que se hace referencia en este título soncorrespondientes a las licencias ambientales expedidas por las autoridades ambientalesColombianas.

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Las declaraciones medioambientales a menudo tienen que reconocer que hay algo deincertidumbre asociado a la predicción de los efectos ambientales, por lo tanto, esnecesario que se reconozca explícitamente. La incertidumbre no es en sí misma unarazón para descontar la importancia de la particular los efectos ambientales potenciales,simplemente porque otros efectos se pueden predecir con más seguridad.

b. Cualitativa

Proyecto ERM

El fundamento teórico de este proyecto consiste en minimizar el riesgo ambiental es uncomponente importante en el desarrollo sostenible. Sus autores Gupta et al (2001)describen el riesgo en función de la naturaleza del mismo, la accesibilidad (potencial deexposición), características de las poblaciones expuestas (receptores) y la probabilidad deque ocurra el acontecimiento y las consecuencias.

Una producción más limpia asegura que la producción no causa una contaminaciónsignificativa o riesgos en los recursos ambientales; es una aplicación continua de unaestrategia ambiental preventiva aplicada para procesos, productos y servicios paraincrementar la eficiencia económica y reducir los riesgos humanos y ambientales; este esun concepto que pretende el control de la contaminación.

Con el fin de desarrollar una estrategia eficaz para la reducción del riesgo ambiental, esimprescindible tener en cuenta los casos de desastre relacionados con instalacionespeligrosas existentes y el potencial de riesgo (incluida la vulnerabilidad y el riesgo portensiones de origen humano) en el sitio en cuestión. Para tales casos, la "evaluación deriesgo ecológico" puede ser una herramienta útil para la comprensión y la estimación delriesgo de desastres de evolución lenta. (Ver figura 2-52).

Los objetivos de este proyecto son: Identificar y categorizar los sitios de potencial deriesgo ambiental; identificar lugares más seguros para la ubicación del desarrollo, ayudaren la identificación de los tipos industriales adecuados para los comitésintergubernamentales identificados; ayudar en el trazado de desarrollo sostenible de losplanes para las zonas de riesgo especificado.

Esta propuesta involucra la caracterización del estado geofisiográfico y el uso de la tierra,una rápida evaluación de la capacidad de asimilación del ecosistema (aire/agua/ tierra) yla identificación de los posibles sitios para el establecimiento industrial.

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Figura 2-52. Metodología para el proyecto ERM. Gupta et al (2001).

Esta es una herramienta simple, concisa, realista y objetiva para asegurar la reducción delriesgo al minimizar los peligros ambientales.

Una mayor unidad geográfica-administrativa - de un estado (provincia) o de una regiónecológica - debe ser adoptada para la zonificación e identificación de áreas adecuadas ositios para diferentes usos del suelo, como los complejos industriales, los asentamientoshumanos más recientes y la silvicultura, etc.

Cuando se considera que los desastres naturales y artificiales son de origen ambiental ytienen una relación inter-influencia, se hace imperativo adoptar un enfoque integrado deprevención de riesgos y el control de la vulnerabilidad. Se ha visto que el desarrollo noplanificado y otras actividades humanas han aumentado la frecuencia y la intensidad delos desastres hasta una consideración alarmante.

El daño ambiental o contaminación debido a un proceso natural (por ejemplo,inundaciones, tormentas, terremotos, etc) o un accidente tecnológico puede ser mucho

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mayor que las emisiones de rutina y las descargas. Hay, por tanto, una urgente necesidadde desarrollar una herramienta más eficiente para contrarrestar los problemas asociadoscon las prácticas actuales de la identificación de sitios adecuados para el establecimientodel Comité Intergubernamental (CIG). ERM es una herramienta que permite categoriza laszonas de riesgo y ayuda a tomar una decisión para identificar el sitio más apropiado paralas consideraciones económicas y ambientales.

Bermudez & Corredor (2006)76

Parauno de los factores considerados como detonantes, se establecieron tres parámetros aevaluar:

Frecuencia: número de ocurrencias de un evento por espacio de tiempo. Para lacalificación de este parámetro se han establecido periodos de ocurrencia con base enrepeticiones y en periodos de tiempo determinados, de esta forma se evalúa laprobabilidad de que ocurra el derrame de hidrocarburos debido al factor detonanteestudiado. Ver Tabla 2-26

Tabla 2-26. Identificación de parámetros de frecuencia. Bermúdez & Corredor (2006).

Intensidad: de acuerdo con la Tabla 2-27 el valor de la intensidad se evalúa teniendo encuenta las posibles consecuencias en caso de materializarse la amenaza. Además deldaño cuantificable, la afectación a la vida, la salud, el medio ambiente, y las propiedadessegún las características del factor detonante que se presente.

Tabla 2-27. Identificación de parámetros de intensidad. Bermúdez & Corredor (2006).

76 FORMULACIÓN DEL PLAN DE CONTINGENCIA POR DERRAME DE HIDROCARBUROS EN TUMACO NARIÑO,Universidad de la Salle, 200 6

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Magnitud Del Daño: para determinar la magnitud del daño se tomo como base, ademásdel espacio, el tiempo que tardaría el ecosistema, la población y todos los elementosvulnerables en recuperarse, es decir, el tiempo que duraría en ser reparado el dañogenerado por el evento. En el caso de los derrames, la magnitud del daño puede variar deacuerdo con las cantidades de contaminante, el tamaño del área afectada y los elementosafectados.

Tabla 2-28. Identificación de parámetros de magnitud del daño. Bermúdez & Corredor(2006)

De acuerdo con la metodología propuesta para la calificación de los parámetros defrecuencia, intensidad y magnitud del daño, se realiza la sumatoria de los valores paraobtener el nivel de la amenaza. Para determinar este nivel se tienen en cuenta los rangosque aparecen en la Tabla 2-29, considerando como valor máximo 10.

Tabla 2-29. Identificación de los niveles de amenaza. Bermúdez & Corredor (2006).

Esta metodología considera los incendios y las explosiones como una posibleconsecuencia de los derrames, cuando se presentan; en la figura 69 se muestra undiagrama de flujo de las acciones y verificaciones que se deben hacer ante la ocurrenciade un evento.

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Figura 2-53. Diagrama de flujo de acciones y Verificaciones ante la ocurrencia de un derrame.

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2.3.2 Incendios y Explosiones. Uno de los principales riesgos durante las actividadesde respuesta a un derrame de petróleo crudo o productos refinados es el riesgo deincendio o explosión. Éste es un riesgo específicamente relacionado con el sitio y lasustancia derramada, y se debe evaluar antes que el personal encargado de la respuestaentre al área del derrame.

Por otra parte la explosión puede darse por terceras partes, situación en la cual elderrame y el incendio son una consecuencia de la falla del sistema. Esta opción no escontemplada dado que la amenaza principal y su cálculo no son parte del alcance de estedocumento.

Incendios

Se define como líquido combustible aquél que tiene un punto de inflamación igual osuperior a 38 º C y líquido inflamable el que lo tiene inferior a 38 ºC. 77

Se considera Hidrocarburo líquido Inflamable78 a aquellos cuyo punto de inflamación79 esmenor 37,8º C (100º F), y una presión de vapor que no exceda los 2,812 Kg/cm 2 (40 psi)a 37,8º C (100º F), se subdividen en:

-Clase IA, cuando su punto de inflamación es menor de 22,8º C (73º F) y su puntode ebullición es menor de 37,8º C (100º F).-Clase IB, cuando su punto de inflamación es menor de 22,8º C (73º F) y tienenpunto de ebullición igual o mayor de 37,8º C (100º F).-Clase IC, incluye a aquellos líquidos con punto de inflamación mayor a 22,8º C(73ºF) pero menor de 37,8º C (100º F).

Se considera como Hidrocarburos Líquidos a aquellos que tienen punto de inflamaciónsuperior a los 37,8ºC (100º F), se subdividen en:

- Clase II, cuando tienen puntos de inflamación igual o mayor a 37,8º C (100º F),pero menor de 60º C (140º F).- Clase IIIA, cuando tienen punto de inflamación igual o mayor a 60º C (140º F),peromenor de 93º C (200º F).Clase IIIB, se incluyen a aquellos líquidos que tienen punto de inflamación igual omayor a 93º C (200º F).

Ferrero (2006), plantea los siguientes tipos de incendios de acuerdo con el estado en elcual se encuentre el combustible:

77 APQ- http://www.feteugt-Cyl.es/Salud%20laboral/Notas%20Tecnicas%20y%20comunicados/almacenamiento%20de%20liquidos%20inflambles%20ITC%20MIE-APQ-001.doc.pdf78 http://www.osinerg.gob.pe:8888/SPH/html/glosario/h.htm79 El punto de inflamación es la temperatura más baja a la cual los vapores existentes en una sustancia combustible volátilse encienden en el aire cuando se exponen a una llama o chispa.

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Figura 2-54Tipos de incendio Ferrero (2006)

Incendio de balsa80 (pool fire) se define como un incendio en el cual el substrato encombustión está en posición horizontal. Los incendios de balsas al aire libre se originan alproducirse una fuga o un vertido de un combustible líquido sobre el suelo y al exterior. Enel caso en que haya ignición, se producirá un fuego, con llamas de tipo difusivo (es decir,sin pre-mezcla de aire y combustible), muy afectado por el tipo de fuga.

- si la fuga es instantánea, el líquido fluirá en todas las direcciones hasta encontrar unobstáculo, natural o artificial, o hasta que el combustible se queme totalmente.

- si el escape es continuo y no hay barreras, el tamaño de la balsa crecerá hasta unpunto en el cual la velocidad de combustión iguala el caudal del vertido; es decir, sealcanza una situación de equilibrio hasta que no se pare la fuga.

El mecanismo que regula la combustión es de retroalimentación; el líquido recibe calor porradiación y convección desde la llama y gana o pierde calor por conducción a través delsuelo y de las paredes de la balsa.

Un Incendio en movimiento se presenta en el caso en que se produzca un vertido sobreun terreno con pendiente y que el combustible encuentre un punto de ignición. En estasituación, el incendio se desplaza, consecuentemente, al deslizarse el mismo líquido, ycrea una situación muy peligrosa, ya que en poco tiempo el fuego puede llegar a cubriruna superficie muy amplia, aumentando notablemente los riesgos asociados. Elcomportamiento es similar a un incendio de balsa, debido a que las llamas son difusivas yse auto sustentan mediante un mecanismo de retroalimentación.

80 Traducción de pool fire, propuesta por el autor Ferrero, 2006. Al tomar esta referencia, se respetan los términos usadospor el autor.

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Una bola de fuego puede ser definida como la combustión rápida y turbulenta de unaesfera ascendente de combustible. El suceso desencadenante de una bola de fuegopuede ser un incendio de balsa que envuelva un tanque a presión o un incendio de chorroque incida sobre el depósito. Si la sustancia es inflamable, la masa de líquido y vapor enel momento de la explosión se incendia, originando una bola de fuego que, en losprimeros instantes, tiene forma hemisférica y tiende a moverse hacia el suelo. Esta masainicialmente solo puede quemar en su superficie, ya que su parte interior, muy rica encombustible y prácticamente sin aire, se encuentra fuera de los límites de inflamabilidad.Las bolas de fuego pueden alcanzar dimensiones de centenares de metros, implicandotambién el desprendimiento de una radiación térmica muy fuerte.

Un chorro o dardo de fuego (Jet Fire) sucede cuando una fuga de vapores o gasesinflamables a presión tiene contacto con una fuente de ignición. La situación puedepresentarse por ruptura de una tubería en áreas de proceso o depósitos dealmacenamiento. Las antorchas que se utilizan para la eliminación de gases en laextracción de petróleo al igual que las emitidas por las válvulas de seguridad en lasrefinerías, trabajan bajo este principio.

Por otra parte el California Department of Education (2007) en la guía para el análisisde riesgo por tuberías en locaciones escolares, plantea tres escenarios básicos parafugas y tres escenarios para rupturas como parte del protocolo, una vez se presenta elencendido:

- Incendio por fuga de chorro (o piscina) -Jet(or pool) fire-- Incendio por rotura de chorro (o piscina) -Jet (or pool) fire-- Incendio repentino por fugas -flash fire-- Incendio repentino por rupturas -flash fire-- Explosión por fugas- Explosión por rupturas

La amenaza de una fuga o rotura de chorro es la radiación térmica emitida. La intensidadde este flujo de calor varía con el tamaño del fuego en términos de las dimensiones de lasllamas y otras variables. Este flujo de calor disminuye con la distancia del fuego. Por lotanto, el riesgo de la exposición a un incendio disminuye con la distancia. La gravedad deestos efectos dependen de la intensidad, expresada en unidades de unidades térmicasbritánicas por el área de transmisión de pies cuadrados por unidad de tiempo (porejemplo, por hora) (Btu/ft2-hr).

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Explosiones

En general se puede definir una explosión como una liberación repentina de energía, quegenera una onda de presión que se desplaza alejándose de la fuente mientras vadisipando energía.

El análisis de riesgos mediante índices es una técnica cualitativa muy difundida. Suprincipal característica es que permite obtener resultados semicuantitativos con mucharapidez y con un conocimiento muy reducido del objeto de estudio.

El Índice de Incendio y Explosión (Fire & Explosion Index) creado por Dow Chemical, esuna de las herramientas más utilizadas para la evaluación objetiva paso a paso de laposibilidad real de un incendio, explosión y reactividad de equipos de proceso y sucontenido en la industria química. La determinación del Índice de Incendio y Explosión(F&EI) proporciona un valor relativo del riesgo de pérdidas individuales en una unidad deproceso debido a incendios y explosiones potenciales. El método del Índice de Incendio yExplosión está inicialmente diseñado para cualquier operación en la que se almacene,maneje o procese material inflamable, combustible o reactivo.

Metodologías Desarrolladas

a. CualitativoIndice Meseri

Este método es un Método Simplificado de Evaluación del Riesgo de Incendiodesarrollado por la fundación Mapfre en 1990. Corresponde al cálculo de un índicesimplificado del riesgo de incendio (exclusivamente) y está especialmente orientado aevaluar el riesgo en edificios de uso general.

Se considera aceptable un riesgo si se obtienen valores de P superiores o iguales a 5. Elfactor P debe incrementarse en una unidad si la instalación dispone de brigada contraincendios propia (BCI).

Donde:

Yi son los factores activos.

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Tabla 2-30. Factores de protección

FACTORES DE PROTECCIÓN PASIVOS FACTORES ACTIVOS81

Factores propios de las instalaciones:

Construcción.Situación.Procesos.Concentración.Propagabilidad.Destructibilidad

Factores de protección:

Extintores (EXT).

Bocas de Incendio Equipadas (BIE).

Columnas Hidrantes Exteriores (CHE).

Detectores Automáticos de Incendios(DEI).

Rociadores Automáticos (ROC).

Instalaciones Fijas

Especiales (IFE).

Esta metodología se incluye dentro de este documento por la forma como presenta lavulnerabilidad en función de la exposición y la capacidad de respuesta frente a un eventopotencialmente dañino; adicionalmente considera condiciones de entorno que puedenfavorecer o no la capacidad de respuesta de una comunidad.

Fuertes & Rubio (2003) indican que Se trata de un método para una orientación inicialque presenta claras limitaciones y que nos servirá únicamente para una visualizaciónrápida del riesgo global de incendio del lugar elegido.

Método Gretener

Este método está orientado a la evaluación matemática del riesgo de incendio de lasconstrucciones industriales y de edificios. Asume como punto de partida que el riesgocumple las normativas vigentes en materia de seguridad. La formulación se indica acontinuación:

81 http://www.adara.org.ar/pdf/Microsoft%20PowerPoint%20-%20METODOLOG%C3%8DA%20PARA%20LA%20Evaluaci%C3%B3n%20de%20Riesgos1.pdf consultadaabril 2011.

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Aquí A representa la probabilidad de ocurrencia y el resto de la expresión valora lamagnitud que se puede alcanzar. Esta metodología ofrece una estimación del peligro paralas personas, en función del número de ocupantes de la planta y la altura de la misma. Esuna metodología que sólo aplica para incendios y al igual que la anterior define unosniveles de riesgo aceptable en función de los parámetros evaluados que en ambos casosson netamente cualitativos y su resultado depende entonces del criterio que tenga elevaluador.

Indice de Incendio y Explosión Dow Chemical

incendio o una explosión, identificar los equipos que generan mayor riesgo potencial ySantamaría

(1994)

Este índice ha sido desarrollado por la empresa DOW y está ampliamente respaldado porel American Institute of Chemical Engineers. La aplicación del método permite cuantificarnuméricamente:

c. Un nivel de riesgo, que se establece a través de un valor numéricodenominado índice de incendio y explosión y que normalmente se sitúa enel rango de 1-200 (ligero a severo).

d. Un área de exposición identificada con un círculo de radio proporcional alíndice de incendio y explosión y que normalmente se sitúa en el rango de0-50 m.

e. El máximo daño posible evaluado como costo económico del accidentedebido a la pérdida de instalaciones. Se evalúa como una fracción del costode las instalaciones afectadas por el área de exposición.

f. Los máximos días probables de indisponibilidad, desde el momento delaccidente hasta el momento en que puede reanudarse la producción.

g. El daño derivado de la pérdida de producción, como producto de los díasde indisponibilidad de la planta por el valor perdido de la producción.Generalmente se utiliza un factor multiplicador de 0,7 para tener en cuentaciertos rendimientos de los costos fijos.

La aplicación del método requiere seguir los siguientes pasos indicados en la figura 2.55:

:

1. Selección de la unidad de proceso

2. Determinación del Factor de material MF

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3. Cálculo del factor general de riesgo F1 = 1 + penalización

4. Cálculo del factor especial de riesgo F2 = 1 + penalización

5. Cálculo del factor de riesgo de la unidad F3 = F1 x F2

6. Cálculo del índice de incendio y explosión FEI= F3 x MF. Las categorías de riesgoprevistas para el mismo se reúnen en la siguiente tabla.

Tabla 2-31. Categorías de riesgo en función del valor del índice DOW de incendio yexplosión. UPC, 1999

7. Determinación del radio de exposición, que indica el alcance de los dañosmateriales según la valoración que se indica en el paso No. 8.

8. Cálculo del valor de sustitución de los equipos dañados. El método establece queel costo asociado a la destrucción derivada del accidente sería igual al producto:0,82. (Costo original * factor escalado). El factor 0,82 se explica teniendo encuenta que las ciertas obras pueden ser aprovechadas, en caso de rehacer lasinstalaciones. El factor de escalado es un coeficiente de actualización del preciooriginal de la instalación. Se propone utilizar el Chemical Engineering plant costindex.

9. Determinación del factor de daño.

10. Cálculo del máximo daño probable a la propiedad (MPPD)

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Figura 2-55. Diagrama metodología índice DOW. UPC (1999)

11. Cálculo del factor de bonificación, como producto de los factores de bonificaciónpor control de proceso (C1), por aislamiento de material (C2) y por proteccióncontra incendio (C3). Cada uno de estos factores se calcula a través del productode las bonificaciones aplicables por cada concepto. Este valor multiplicará alMPPD para obtener un valor MPPD efectivo que tenga en cuenta la reducción deldaño que puede darse por la adecuada actuación de los sistemas de proteccióninstalados. ( Ver figura 2-56).

12. Determinación de los máximos días probables de indisponibilidad (MPDO).

13. Cálculo del daño económico por la pérdida de producción (proporcional al valor depérdidas por este concepto durante los días de indisponibilidad).

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Figura 2-56. Esquema de cálculo del índice DOW : factores de bonificación. UPC (1999)

Índice de Mond

Método desarrollado inicialmente en la Imperial Chemical Industries PLC (ICI) a partir delíndice de Dow. La principal diferencia con el anterior es que el índice de Mond introduce latoxicidad de las sustancias presentes, y este parámetro se introduce como factorindependiente, considerando los efectos de las sustancias tóxicas por contacto cutáneo,inhalación o ingestión.

Para su aplicación se recomienda consultar la guía del ICI, teniendo en cuenta que engeneral es más detallado que el índice Dow, tiene en cuenta mayor número deparámetros de riesgo y bonificaciones y además facilita una clasificación de unidades enfunción del riesgo.

Naturalmente, este método se seleccionará siempre que en la instalación se presentensustancias tóxicas en cantidades apreciables.

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Job Safety Analysis (JSA) 82

Este Método está dirigido a Plantas Industriales donde los procesos son complicados ycomplejos. No obstante, es muy útil para los Técnicos de Prevención en procesos menoscomplicados y no en Plantas Industriales, ya que existe un Feedback con el trabajador, yes muy útil al hacer la "Identificación y Evaluación de Riesgos".

Se trata de Analizar las Tareas que se realizan, pero en el ¿Cómo se realizan? analizandoestos 4 aspectos:

1. Seguridad.2. Calidad.3. Medio Ambiente.4. Eficiencia.

- 1º- Inventario de las tareas : Se recogen características y datos de los siguienteselementos basados la información suministrada por los trabajadores:

Los procesos que requieran tareas bien definidas.Ocupación laboral de cada trabajador. (Preguntas al trabajador).De las Tareas de cada área:o Producción.o Distribución.o Mantenimiento.o etc.

- 2º- Identificación de las tareas criticas (TC) : Una vez hecho el "inventario de lasTareas" de cada Sector, se debe evaluar la criticidad de las tareas teniendo en cuentala siguiente metodología:

Cálculo de puntos: La siguiente tabla describe los elementos a tener en cuentapara la evaluación de la criticidad de las tareas, es importante resaltar que estametodología se puede adaptar a las necesidades de la planta:

82 http://www.incendiosyseguridad.com/seccion-2.0.0/AR-2.2.5.4.html , consultada en marzo de2011.

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Tabla 2-32. Identificación de tareas

Por la Gravedad dela Tarea.

1 = Pérdidas de X euros (valor definido porevaluador).2 = Accidente, lesión con baja y/o pérdidaeconómica de X euros.

3 = Accidente, lesión con baja y/o pérdidaeconómica de XX euros.4 = Accidente, incapacidad permanente, muertey/o pérdida económica de XXX euros.

Por la Repetitividadde las Tareas.

1 = Una vez al día.

2 = Varias veces al día.

3 = Continuamente.

Probabilidad1 = Baja.2 = Media.3 = Alta.

De acuerdo con los puntos obtenidos, se identifican las tareas críticas, así:

7 a 10 puntos. - TC a tener en cuenta inmediatamente.4 a 7 puntos. - TC a tener en cuenta inmediatamente.0 a 4 puntos. - Tareas que se descartan.

- 3º- Descomposición de las TC en fases: Toda TC se puede dividir en FASES.- 4º- Identificación de Riesgos en cada Fase: Se analiza detenidamente cada Fase,

de la TC, haciéndose varias preguntas, para identificar los Riesgos.:

¿Es esa la mejor manera de realizar la Fase?¿Puedo Mejorla?¿Qué peligros existen, y a donde afectan (Seguridad, medio ambiente, calidad,rendimiento...)

- 5º- Efectuar una comprobación de la eficiencia de las fases (proced. actuales): Setrata de comprobar y analizar la eficacia de las Fases (Revisión de los Procedimientosactualmente utilizados), relacionando los siguientes conceptos y utilizando preguntascomo: ¿Quién?¿Qué?¿Dónde?¿Cómo?¿Cuándo?¿Por qué?, etc.

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Conceptos:

o Seguridado Costoso Produccióno Calidad

o Personalo Equiposo Productoso Condiciones ambientales

- 6º- efectuar recomendaciones en cada fase: Tras analizar las Fases, se proponennuevas ideas, soluciones, nuevas fases...

- 7º- Generar y poner en marcha Nuevos Procedimientos: Con las nuevas ideas segeneran Nuevos Procedimientos o modificación de los Actuales y se comprueban siesto son mejores y cumplen las expectativas.

- 8º- Actualizar y mantener Registros de los Procedimientos: Una vez acabadoeste Método de Análisis, solo cabe Registrar las modificaciones.

b. cuantitativa

Metodología Aramis

Los pasos para el desarrollo del Proyecto ARAMIS son:

1. Identificación de Riesgos de Accidentes Graves (MIMAH): Permite determinar losprincipales riesgos en la ocurrencia de un accidente, se basa principalmente en el usode diagramas integrado por un árbol de fallas y un árbol de sucesos.

Es importante conocer toda la información asociada al proceso que se va a evaluar:distribución de planta, descripción de los procesos, descripción de equipos, lista desustancias, propiedades de las sustancias peligrosas, nombre de los equipos, datosde presión y temperatura.

Eventoscríticos

Árbol de Fallas Árbol de Eventos

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Para la selección de equipos peligrosos para análisis es importante que los equiposque se escojan sean los que hayan presentado mayores riesgos de accidente. Losresultados se presentarán en una tabla que relacione la siguiente información: nombrede la sustancia, propiedades de las sustancias peligrosas, nombre del equipo dondefue hallada la sustancia, tipo de equipo y estado de la sustancia.

En la construcción del esquema de riesgos, es importante identificar los riesgospotenciales que puedan ocurrir en una industria, se puede utilizar la siguiente gráfica.

Este paso permite identificar las diferencias entre riesgo y peligro.

2. Identificación de las Medidas de Seguridad: El objetivo es proporcionar unaestimación aguda del nivel de riesgo y promover la aplicación de sistemas deseguridad. Es la relación entre la frecuencia de accidentes y el nivel deconsecuencias; es importante conocer el nivel de confianza, la eficiencia, el tiempo derespuesta de acuerdo al lugar de ocurrencia.

3.de los riesgos y peligros identificados en el paso anterior.

Análisis del riesgo

Consecuencias

Frecuencia deexposición

Posibilidad deevitar el peligro

Frecuencia del evento

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Este es un proceso de evaluación basado en la búsqueda de una mejora continua y

reducción del peligro encontrado en la industria.

4. Evaluación de las Medidas de Seguridad. El objetivo es evaluar las medidas deseguridad establecidas en el proceso anterior teniendo presentes los sistemas degestión de seguridad y cultura. Es importante que se tengan presentes los siguientesaspectos en la evaluación: diseño, instalación, uso y mantenimientos.

Propner nuevas medidasde mejora

Fijar una meta para lareduction del riesgo

7. Identificar Medidas de seguridad

8. Definir el nivel de confianza de la medidade seguridad

9. Estimar la reducción del riesgo

10. Clasificar las medidas de seguridad

11. Seleccion de las medidas para evaluacion

Proponer nuevasmedidas de mejora

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5. Identificación de Escenarios de Accidentes de Referencia (MIRAS): El objetivoprincipal es identificar los accidentes de referencia que se tendrán en cuenta para elcálculo de severidad. Se puede evaluar mediante una matriz de Riesgo en donde serelacionan la frecuencia de ocurrencia y las consecuencias de los fenómenospeligrosos.

Se debe tener en cuenta: los sistemas de seguridad instalados, los sistemas dedirección en seguridad, frecuencia de ocurrencia de los accidentes y posiblesconsecuencias de los accidentes.

6. Evaluación y Gráficas de la Gravedad del Riesgo y Vulnerabilidad del Riesgo: Estepaso busca que el proceso Aramis sea capaz de construir los mapas de la gravedadpara que el efecto de un accidente se pueda relacionar con la vulnerabilidad de losalrededores. Dentro de este paso se tienen en cuenta las siguientes variables: el

14. Estimar la reducción del riesgo

15. Establecer el conjunto completo deescenarios

12.1 Control de Sistemasde entrega

12.2 Control de la culturade seguridad

13. Calculo operacional del nivel de confianza

11. Seleccion de las medidas para evaluacion

18.2 Estimación de la clase de consecuencias defenomenos peligrosos

19. Use la matriz de riesgos para definir losescenarios de accidentes de referencia

17.2 Calcular frecuencias de eventos criticossegún el arbol de fallas desarrollado

anteriormente

17.1 Estimar frecuenciade eventos criticos delos datos genericos

18.1 Calcular frecuencias de fenomenospeligrosos

16. Reunir información acerca de la frecuencia

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índice de severidad del riesgo, la gravedad del riesgo y las consecuencias de unevento crítico.

7.En este proceso se evalúan los resultados enfocándolos en la gravedad yvulnerabilidad verificando las medidas tomadas y estableciendo mejoras.

En cada una de las evaluaciones de AMENAZAS y CONSECUENCIAS (sólo para el casode ARAMIS) presentados anteriormente el riesgo se calcula tomando como referencia lainformación obtenida de la Amenaza y la vulnerabilidad (elementos expuestos), teniendoen cuenta que en el caso de la amenaza tendremos eventos condicionados.

Metodología FMEA FMECA (Failure mode, effects ans criticalItyanalisys)

Estas metodologías han sido diseñadas para identificar modos de falla potenciales de unproducto o proceso, para evaluar el riesgo asociado con estos modos y ordenarlos entérminos de de importancia de acuerdo con la severidad de sus consecuencias, que tan

SEVERIDAD VULNERABILIDAD

23. Dibujar el Mapa de Severidad

22. Acumular todas las severidades enun índice global de severidad para cadamalla

21. Calcular la severidad por cada eventocrítico y cada fenómeno peligroso por cadamalla

24. Definir el estudio de Área

25. Dividir el estudio de Área dentrode cada malla

26. Identificar los objetivos

27. Cuantificar los objetivos

28. Calcular la vulnerabilidad por cadamalla

29. Dibujar el mapa de vulnerabilidad

20. Calcular las consecuencias de losescenarios de accidentes dereferencia

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frecuentemente pueden ocurrir y que tan fácil es detectarlas.. Busca generar/formularacciones correctivas dirigidas a atender las fallas que se consideren más serias

El análisis puede hacerse cuantitativa o cualitativamente. En el primero de los casos, setiene en cuenta la probabilidad de pérdida y la confiabilidad de cada ítem para estimar elnúmero de fallasen el tiempo de operación y en el segundo se plantea una matrizseveridad contra ocurrencia de cada modo de falla potencial.

El riesgo es definido en función de la valoración de la severidad de los efectos de cadafalla X la probabilidad de ocurrencia de cada causa de falla X la probabilidad de ladetección temprana de cada causa de falla.

RPN = Severidad * Ocurrencia * Detección

Bruce & Oboni (2000) Elanálisis FMEA es un procedimiento simple que es útil para priorizar áreas problemadentro de cada mina o de una zona del proyecto, pero no entrega resultados cuantitativosfáciles de interpretar. Mientras que el FMEA puede conducir a la identificación de áreas deinterés en un proyecto particular, no permite comparaciones cuantitativas entre las minasni permite la gestión de riesgos en la base de estimaciones de costos.

Rodríguez et al (2001)83 resaltan frente a su experiencia en el uso de esta metodología:La metodología de Análisis de modo de falla y efecto (FMEA) es un estudio metódico que

permite identificar las fallas de los componentes que pudieran tener múltiples efectossobre el sistema; evalúa la efectividad de las salvaguardas del sistema y al mismo tiempoque arroja recomendaciones para corregir las deficiencias identificadas: formula unaclasificación aproximada de estos acontecimientos con base en la gravedad de susconsecuencias y en la probabilidad que ocurran, lo cual permite identificar elementosc

Así mismo, en este estudio, se concluye que el uso de la metodología es recomendablepara analizar un pequeño segmento de un proceso con un alto potencial de riesgo y nopara aplicarse a toda la operación de producción. Esto es debido a que FMEA tiende a

83 Metodología de análisis de modo, falla y efecto (FMEA) aplicada en el análisis de riesgo yconfiabilidad del sistema scada en Ductos.

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centrarse en equipos y/o sistemas de instrumentación y control, es posible que no sepreste atención suficiente a factores humanos. Adicionalmente se resalta que estametodología tiene un enfoque metódico en los modos de falla y sus consecuencias,rompe en segmentos los procesos poco usuales para poder someterlos a un análisiscrítico y es fácil de usar y de documentar si se imparte la capacitación suficiente.

La aplicación particular en ductos hecha por estos autores nos permite observar en lafigura 2-57, el escenario completo considerado para una de las partes de nuestro objetode estudio, que son los ductos. Es importante resaltar que una de las limitaciones de laaplicación de esta metodología es que depende de la experiencia de quien evalúe lasposibles fallas y de su conocimiento a fondo del proceso y sus etapas.

Figura 2-57. Metodología FMEA aplicada a ductos. Rodríguez et al (2001).

Metodología Torap

La metodología TORAP permite la simulación de accidentes y la estimación de dañopotencial en las industrias petroleras y petroquímicas. Se trata de un softwaredesarrollado en C++ cuya base teórica se indica a continuación.

Esta metodología se ha aplicado en la estimación de riesgos en refinerías, para identificarlos pasos para prevenir y manejar accidentes. La aplicación se puede resumir en la figura2-58, donde Khan & Abbasi (1999) utilizan una serie de modelos teóricos para lamodelación cuantitativa de cada uno de los elementos:

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Figura 2-58. Esquema metodología TORAP. Khan & Abbasi (1999)

A continuación se describen cada uno de los módulos que utiliza la metodología:

1. MÓDULO DE GENERACIÓN DE ESCENARIO DE ACCIDENTES: Se basa enpropiedades químicas, condiciones de operación, y detalles de las unidades deproceso/almacenaje. Puede existir más de un escenario de accidente con las mismascondiciones, pero el sistema escoge el peor de todos.

2. MÓDULO DE ANÁLISIS DE CONSECUENCIAS: Consiste de una serie de modelosmatemáticos que analizan las consecuencias de los escenarios de accidenteposibles, encontrados en el módulo anterior. Trabaja con la escala y lascaracterísticas (tipo de accidente, daño potencial, porcentaje de letalidad, y radio dedaño) de los accidentes, los tipos de impactos en los accidentes que generan el daño(ondas de choque, cargas de calor, misiles, dispersión tóxica, etc.) y su área deimpacto. La salida del modulo cuantifica los daños como presión máxima, velocidadde la onda de choque y su duración, carga de calor, velocidad de los misiles, cargatóxica, radio de daño de los diferentes impactos, y probabilidades de causar bajas.

3. MÓDULO DE GRÁFICAS: Grafica los contornos de daño.

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4. MÓDULO DE DOCUMENTACIÓN: Tablas de datos de las consecuencias, riesgos, ydatos de entrada.

5. MÓ Donde entran los datos necesarios para correr el modelo. En lafigura 2-59, se indican los datos de entrada del modelo para su procesamiento dentrodel módulo Data que procesa datos para Explosiones, Incendios y emisiones tóxicas.Estos datos de entrada van desde condiciones de operación hasta informaciónmeteorológica.

Figura 2-59. Detalle módulo de datos metodología TORAP. Khan & Abbasi (1999).

El procedimiento lógico- iterativo que sigue TORAP se resume en la figura 2-60, donde alingresar los datos y las condiciones de frontera se comienzan a generar escenarios deaccidentes, evaluando consecuencias de manera iterativa hasta encontrar el peor de losescenarios y con ello evaluar las acciones una vez contrastado con el resto de lainformación. Es una herramienta muy aplicable al sector en el cual se está realizando elestudio, pero de difícil acceso pues requiere la inversión económica del software y conello el cambio de cultura de la organización para que sea eficiente en la generación deinformación para el software.

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Figura 2-60. Modelo de funcionamiento del software (proceso iterativo). Khan & Abbasi(1999)