1. ASMEdiseñoA1

8/17/2019 1. ASMEdiseñoA1

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OFICINAS: DIAGONAL 127 A No. 17-20 LABORATORIOS: CALLE 63A No. 27-72 APARTADO AEREO: 14455CONMUTADOR: 2166297 – 2586676 – 2746567 CONMUTADOR: 345 84 86 FAX: 259 13 70GERENCIA: 6264628 – 6484587 Email: [email protected]Á, COLOMBIA S.A. BOGOTÁ, COLOMBIA S.A.

INGENIERÍA Y GEOTECNIA LTDA.

INGENIEROS CONSULTORES

ASME IPG-2013 - TUTORIAL A

DISEÑO GEOTÉCNICO DE DERECHOS DE VÍA DE LÍNEAS DE TRANSPORTE DEHIDROCARBUROS Y ESTUDIOS PARA EL DISEÑO DE CRUCES DE CUERPOS

DE AGUA1

Motivación:

Las líneas de transporte de hidrocarburos pueden cruzar por terrenos de características ycomportamiento diferentes, que se pueden ver afectados por las actividades de construcción,también al tener un comportamiento diferente, el terreno puede inducir esfuerzosindeseables a los ductos. Otra variable del terreno es la ocurrencia de procesos naturales

que se pueden convertir en amenazas para la integridad de los sistemas de transporte dehidrocarburos, entre ellos los cuerpos de agua. De ahí la necesidad de incluir las variablesde comportamiento del terreno (geotecnia) y adelantar los estudios de geomorfología fluvial ehidráulica en el diseño de los ductos para el transporte de hidrocarburos.

Objetivos:

El Objetivo del tutorial es mostrar las amenazas naturales o provenientes del terreno quepuedan afectar la integridad de los ductos, los criterios para el trazado de los ductos, laconstructibilidad de estos sistemas, los parámetros de diseño de las obras y acciones derefuerzo del terreno, los estudios para determinar el comportamiento de los cuerpos de aguadurante la vida útil del sistema y las técnicas de construcción y protección de cauces. Se

incluirán criterios de monitoreo y mantenimiento del derecho de vía y los cruces de cuerposde agua.

Temario:

En el tutorial se cubrirán los siguientes temas: las necesidades de ancho del derecho de vía,en función de la tubería por instalar, las características de instalación de la tubería, lageometría de los ductos y sus instalaciones asociadas, los criterios de trazado de acuerdocon las características del terreno y del tubo por instalar, y el diseño de las obras y accionespara la contención de los materiales de excavación, las obras y acciones para el control deerosión y refuerzo del terreno y las acciones para la restauración del terreno ocupado por elducto. Se incluye temas sobre la morfología fluvial, transporte de sedimentos, características

hidrológicas e hidráulicas de las corrientes de agua, los criterios para el diseño de los crucesde tubería, aéreos o subfluviales, las técnicas de instalación de las tuberías y las formas derestauración de márgenes y lecho y los procedimientos de monitoreo y mantenimiento.

1 La primera parte del presente texto fue elaborada por José Vicente Amórtegui, como parte de la

preparación del Tutorial.



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PRIMERA PARTE:DISEÑO GEOTÉCNICO DE DERECHOS DE VÍA DE LÍNEAS DE TRANSFERENCIA DE

HIDROCARBUROS

1. VARIABLES DE DISEÑO

Una de las formas de transporte de hidrocarburos es por medio de tuberías, para su diseñose debe cubrir un proceso de determinación de las propiedades del producto por transportary las condiciones del terreno que se podría ocupar con la posible tubería.

1.1 Origen y Destino

La primera etapa es determinar la zona de origen del sistema de transporte, un sitio donde

se pueda recolectar el producto y disponer de las facilidades de bombeo, inicialmente,dependiendo de la evolución del proyecto, esta zona puede ser mucho más amplia de lanecesaria para estas facilidades, también es posible que se tengan varias posibilidades deemplazamiento de dichas instalaciones. El tamaño y conformación del sitio para lasinstalaciones iniciales será definido de acuerdo con la necesidad de almacenamiento inicial,el tratamiento que se requiera para la transportabilidad del producto y las características delterreno.

El producto se debe llevar a un puerto de exportación, a una refinería o a centros dedistribución, en el caso de los productos refinados. Definido el punto de destino esimportante determinar sitios de paso obligados o convenientes. En mapas generales aescala 1:500000 se localizan estos puntos y se determinan corredores amplios del orden de

20 km de ancho. Aquí son de gran ayuda las imágenes satelitales públicas.

1.2 Transportabilidad del producto

Con base en las características del producto: densidad, viscosidad, temperatura de manejo,necesidad de aditamentos o diluyentes; se definirán la necesidad y los parámetros para ladeterminación de los sitios de las estaciones de bombeo y las características que debencumplir, similar para las reductoras de presión; en caso del transporte de gas, sedeterminarán las características de las compresoras.

Se determinarán las características mecánicas de los ductos requeridos y la necesidad decomplementos, tales como trampas de raspadores, válvulas, venteos, drenajes, sensores y

medidores, entre otros.

La operación del sistema es otra variante que se debe tener en cuenta en la determinaciónde la localización del ducto.

1.3 Restricciones

Se deben determinar las restricciones al uso que pueda tener el terreno, de acuerdo con lasnormas nacionales y regionales: Parques Nacionales, Reservas, Resguardos Indígenas,territorios de minorías étnicas. Esta información se puede adquirir en las dependenciasoficiales encargadas de estos territorios o en el control de los mismos.



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Se deben tener en cuenta los Planes de Ordenamiento Territorial de los municipios, la

infraestructura existente y proyectada y el Desarrolló potencial de las Regiones. Estainformación se debe obtener de las oficinas de planeación de los municipios que seaninterceptados por el corredor, así como en las entidades encargadas de la infraestructura.

Todas estas restricciones legales al uso del territorio, se plasman en los mapas base aescala 1:100000, en los corredores previamente determinados.

En lo posible es conveniente determinar el estado de la propiedad del terreno en loscorredores propuestos, así como la situación de seguridad.

1.4 Amenazas naturales

Sobre las líneas de transporte de hidrocarburos se tienen amenazas naturales, por efecto deprocesos de inestabilidad del terreno, debidos a la acción de las corrientes de agua, aprocesos de erosión o de movimientos en masa, a la actividad tectónica manifestada comomovimientos de fallas y cambios de pendiente del terreno los procesos de meteorización delterreno. Los deslizamientos son provocados por lluvias de fuerte intensidad o muyprolongadas, por inundación de terrenos, por movimientos de tierra cercanos (para vías,excavaciones mineras o para edificaciones), por cambios en las condiciones del aguasubsuperficial debidas a recarga por embalses o descargas de sistemas de desagüe;también los sismos han provocado deslizamientos y las erupciones volcánicas han generadoavalanchas. Estas características se pueden plasmar en mapas y planos a escala 1:25000,con el trazado de la línea, evitando la mayor cantidad de áreas susceptibles a dichasamenazas.

Los tubos enterrados son destapados por socavación de cauces, divagación de corrientes,profundización de cauces, erosión del DV, deslizamientos. Los tubos aéreos son afectadospor pérdida de soporte, al moverse algún apoyo, al ser arrastrados por deslizamientos oavalanchas, al ser golpeados.

Para el control de las amenazas naturales sobre las líneas de transporte de hidrocarburos,se han puesto en práctica acciones, que van desde el trazado de las líneas, donde se buscalocalizarlas por terrenos de la menor susceptibilidad a éstas amenazas, el diseño yconstrucción de sistemas de refuerzo y protección y el mantenimiento de dichos sistemas.Sin embargo, debido a la dinámica de los procesos naturales, algunos de difícil predicción,con las acciones adelantadas sólo se logra minimizar el efecto de dichas amenazas sobre la

integridad de los ductos.

1.5 Constructibilidad del sistema de transporte

Para el diseño y construcción de los sistemas de transporte, se deben tener en cuentainicialmente las normas definidas por las Autoridades, las de entidades internacionales quese hayan adoptado (API, ANSI) u otras que impongan los propietarios de los terrenos ocuando se transcurra por la inmediata vecindad de otros sistemas.

Se debe tener en cuenta la existencia, estado y uso de los accesos existentes o porconstruir. También la presencia de otros ductos o líneas de vida.



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Es importante determinar la necesidad de ancho de derecho de vía, de acuerdo con el

diámetro de la tubería y las características del terreno y definir su adecuación y losrequerimientos de refuerzo.

Para la instalación de la tubería se debe tener en cuenta la cantidad y tamaño de los equiposrequeridos, así como el proceso de movilización de los tubos, las uniones, el recubrimientoanticorrosivo, la disposición de la zanja y el material de tapado de la misma.

Si la tubería se instalará enterrada, se requerirá de los sistemas para la protecciónanticorrosiva, lo que requiere conocer las características de resistividad del terreno y la ofertade energía eléctrica a lo largo de la línea.

Finalmente se debe tener en cuenta la actividad de restauración del terreno, de manera que

soporte los procesos naturales a que podría estar sometido, así como para restaurar el usodel terreno, con la limitación que un derecho de vía impone a los predios que se ocupen.

2. PROCESOS NATURALES CONSIDERADOS AMENAZAS

La mayoría de los procesos geológicos y meteorológicos naturales se han considerado comoamenazas, así:

Procesos geodinámicos internos: Terremotos y tsunamis, Vulcanismo, Diapirismo.

Procesos geodinámicos externos: Deslizamientos y desprendimientos, Hundimientos y

subsidencia, Erosión, Expansividad y colapsabilidad de suelos

Procesos meteorológicos: Lluvias torrenciales y precipitaciones intensas, Inundaciones yavenidas, Procesos de arroyada, Huracanes y Tornados.

Procesos astronómicos: Impacto o explosión de Meteoritos, cambios periódicos en lageometría de la orbita terrestre.

Las amenazas por procesos geológicos y meteorológicos están enmarcadas dentro deldenominado Ciclo Geológico, que en realidad es un conjunto de subciclos que incluyen:

El ciclo tectónico, el ciclo de las rocas, el ciclo hidrológico y los ciclos biogeoquímicos.

El término Ciclo Tectónico se refiere a los procesos geológicos a gran escala que deformanla corteza terrestre, generando formas del terreno como cuencas oceánicas, continentes ymontañas. Los procesos tectónicos está dirigidos por fuerzas generadas en el interior de latierra. El ciclo tectónico supone la creación, movimiento y destrucción de placas tectónicas.

La tierra tiene varias capas internas que difieren en composición o propiedades físicas: Lacapa más exterior llamada litosfera, es más fuerte y rígida que el material más profundo.Debajo de ella está la astenosfera, una capa caliente de roca fluida y baja resistencia, que seencuentra a una profundidad media de 250 Km



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Se ha establecido que la litosfera tiene un espesor medio de 100 Km (desde unos pocoskilómetros en la cresta de las dorsales oceánicas, 120 Km bajo las cuencas oceánicas y

hasta 400 Km bajo los continentes). La parte superior de la litosfera es la corteza, donde lasrocas son menos densas. Se tienen dos tipos de corteza, la oceánica y la continental, laprimera ligeramente más densa que la continental, además la oceánica es más delgada, 7Km en promedio, mientras que la continental varía entre 7 y 70 kilómetros de espesor, conun valor medio de 30 Km

La astenosfera por su condición fluida se considera continua, mientras que la litosfera estápartida en grandes trozos que se han denominado placas litosféricas o tectónicas que sedesplazan en relación unas con las otras. Estos procesos asociados con el origen,movimiento y destrucción de éstas placas se conoce como tectónica de placas. Tanto laformación como la destrucción de placas tectónicas tienen lugar a lo largo de sus bordes olímites, los cuales puede ser divergentes, convergentes o transformantes. Estos límites no

son grietas estrechas sino zonas de fallas geológicas que tienen decenas a cientos dekilómetros de ancho y es donde se generan los terremotos y los volcanes.

Los límites divergentes se producen cuando las placas se alejan entre sí y se va produciendolitosfera nueva; esto ocurre en el centro de las cadenas montañosas submarinas conocidascomo dorsales oceánicas y es proceso denominado expansión del fondo marino, donde ladorsal desarrolla una serie de grietas de extensión mas o menos paralelas a la cresta de ladorsal; a lo largo de estas grietas, la litosfera se escinde formando fisuras, las cualesresultan inyectadas con roca fundida de la parte inferior. Cuando estas grietas solidifican, seforma litosfera nueva y las placas tectónicas a cada lado se separan a una velocidad que vade decenas a cientos de milímetros al año.

Los límites convergentes se producen cuando las placas colisionan, allí la de mayordensidad se hundirá por debajo de la placa de menor densidad. El proceso de hundimientode una placa se denomina subducción, por ello los límites de convergencia de placas se lesllama zonas de subducción y se caracterizan por fosas profundas en el fondo marino. Si losbordes de las placas están compuestos por material de densidad similar, resulta más difícilque comience la subducción, caso en el cual se puede producir un límite de colisióncontinental en el que los bordes de las placas se arrugan formando montañas.

El mapa del fondo marino indica que las dorsales oceánicas no son continuas, sino queconsisten de una serie de fisuras cortas desplazadas entre sí. En estas zonas de desfase seencuentra el tercer tipo de límite de placas, el límite transformante, donde las dos placas sedeslizan una frente a la otra a lo largo de fallas geológicas conocidas como fallas

transformantes. La mayoría de las fallas transformantes se dan en la corteza oceánica, sinembargo, algunas ocurren en los continentes.

No toda la actividad tectónica tiene lugar en los límites de placas, en varios lugares de latierra se forman volcanes en el interior de una placa, esos sitios se denominan puntoscalientes y se sospecha que pueden ser el origen de un nuevo límite de placa o elfracturamiento de una placa.

Este ciclo tectónico es el responsable de la mayoría de las amenazas naturales: sismos,volcanes, modificación de los patrones de las corrientes oceánicas, que a su vez influyen enel clima global y en las variaciones regionales de la precipitación.



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El ciclo de las rocas, es el subciclo geológico mayor y está relacionado con los demás

subciclos. Depende del ciclo tectónico como fuente de calor y energía, del ciclobiogeoquímico para los materiales y del ciclo hidrológico para el agua.

El agua se utiliza en los procesos de meteorización, erosión, transporte, deposición ylitificación de sedimentos.

Las rocas pueden clasificarse en tres tipos generales o familias, dependiendo de cómo seformaron en el ciclo de las rocas. Se puede considerar este ciclo como un proceso dereciclado de rocas mundial, dirigido por el calor interno de la tierra, que funde las rocassubducidas en el ciclo tectónico. La cristalización de roca fundida produce rocas ígneas. Lasrocas situadas en la superficie o cerca de ella se disgregan química y físicamente pormeteorización para formar partículas, conocidas como sedimento; el tamaño de éstas

partículas varia desde arcilla hasta gravas y cantos rodados.

Este sedimento formado por meteorización es transportado por el viento, el agua, el hielo y lagravedad hasta cuencas de deposición. Cuando las corrientes de viento o agua se hacenmás lentas, el hielo se funde o la pendiente del terreno disminuye, el sedimento se asienta yse acumula en un proceso denominado deposición.

Las capas de sedimento acumuladas experimentan con el tiempo una litificación, formandolas rocas sedimentarias. La litificación tiene lugar por cementación y compactación, al quedarsepultado un sedimento por debajo de otro.

Cuando el enterramiento es profundo, las rocas sedimentarias pueden experimentar

metamorfismo (alteración de la forma) por el calor, la presión o por fluidos químicamenteactivos, produciendo rocas metamórficas.

Las rocas metamórficas pueden estar enterradas a profundidades donde las condiciones depresión y temperatura hacen que se fundan, comenzando de nuevo el ciclo de las rocas.

Como en los otros ciclos de la tierra hay excepciones o variaciones, respecto a la secuenciaidealizada. Por ejemplo una roca ígnea o metamórfica puede ser transformada en una nuevaroca metamórfica sin experimentar meteorización o erosión, o las rocas metamórficaspueden ser elevadas y alteradas antes de que puedan pasar a la siguiente etapa del ciclo.

Existen otras fuentes de sedimentos de origen biológico o químico y tipos de metamorfismo

que no suponen el enterramiento profundo. En general el tipo de roca formada en el ciclo delas rocas depende del ambiente de la roca.

Al movimiento del agua desde los océanos a la atmósfera y de vuelta a los océanos, se ledenomina ciclo hidrológico. Dirigido por la energía solar, el ciclo funciona por medio de laevaporación, precipitación, escorrentía y flujo subterráneo, el agua se almacena endiferentes compartimentos a lo largo del camino, tales como los océanos, la atmósfera, losarroyos y ríos, aguas subterráneas, lagos, casquetes polares y glaciares.

El tiempo de residencia del agua en los diferentes compartimentos puede variar desde unosdías en la atmósfera hasta decenas de miles de años en los glaciares. Sólo un cantidad muy



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pequeña del agua total del ciclo es activa, cerca de la superficie de la tierra, en undeterminado momento, se estima en sólo el 0,3% del total, sin embargo esta agua es

extremadamente importante para la vida en la tierra, para el ciclo de las rocas y para losciclos biogeoquímicos.

Esta agua superficial o casi superficial ayuda a trasladar y organizar elementos químicos endisolución, esculpir el paisaje, erosionar rocas, transportar y depositar sedimentos yproporcionar nuestros recursos hídricos.

Un ciclo biogeoquímico es la transferencia o circulación de un elemento o elementos a travésde la atmósfera, la litosfera, la hidrosfera y la biosfera. De ésta definición se deduce que losciclos biogeoquímicos están estrechamente relacionados con los ciclos tectónico, de lasrocas e hidrológico.

El Ciclo tectónico suministra agua en los procesos volcánicos, además de calor y la energíanecesarios para formar y cambiar los materiales de la tierra transferidos en los ciclosbiogeoquímicos. El ciclo de las rocas y el hidrológico intervienen en muchos procesos quetransfieren y almacenan elementos químicos en el agua, el suelo y las rocas. Por ejemplo,los animales exhalan carbono que entra en la atmósfera y es absorbido por las plantas, lascuales producen oxigeno que participa en procesos de oxidación de rocas.

La velocidad de transferencia, o flujo entre los compartimentos se desconoce, y sudeterminación es una tarea compleja y difícil. La cantidad de elementos tan importantescomo carbono, nitrógeno y fósforo en cada compartimiento y su velocidad de transferenciaentre compartimentos sólo se conoce de forma muy aproximada.

Los procesos astronómicos, si bien tienen periodos de recurrencia muy largos, puedeninducir cambios en los ciclos geológicos. Por ejemplo, en ésta época nos encontramos en unperiodo interglaciar (calentamiento global) que puede acelerar o agudizar los procesosmeteorológicos.

De acuerdo con los anterior, las amenazas naturales se pueden predecir a partir de unaevaluación científica. Los terremotos, erupciones volcánicas, desprendimientos de tierras einundaciones son procesos naturales que pueden ser identificados y estudiados utilizando elmétodo científico. La mayoría de los sucesos y procesos peligrosos pueden seguirse,trazarse y predecir su actividad futura con base en la frecuencia de sucesos pasados, pautasde su incidencia y tipos de sucesos precursores.

A los procesos amenazantes se les puede hacer un análisis de riesgo, donde se estime suprobabilidad de ocurrencia y sus consecuencias.

Las amenazas están conectadas de muchas maneras, por ejemplo los terremotos puedenproducir desprendimientos de tierra, licuación de suelos, tsunamis, etc. Los huracanesprovocan con frecuencia inundaciones, deslizamientos y erosión costera. Los volcanespueden provocar avalanchas.

La magnitud, o el tamaño, de un suceso amenazante, así como su frecuencia, pueden estarinfluidos por la actividad humana, como consecuencia del aumento de la población, elaprovechamiento o manejo de la tierra (o del territorio).



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Algunas de las actividades humanas pueden desencadenar o potenciar procesos naturales

considerados amenazas, entre ellas se tienen el uso del territorio, los cambios en lacobertura vegetal, las actividades mineras, las actividades agrícolas, el manejo del agua y lasobras de infraestructura, entre otras.

Las consecuencias de los riesgos puede ser minimizada, mediante una evaluación integradaque incluya el conocimiento científico, la planificación y regulación del uso del territorio, laingeniería y la preparación previa (seguimiento y planes de contingencia).

2.1 Características físicas de Colombia

Colombia está situada en el extremo norte de Sudamérica, en la zona intertropical, concostas sobre los océanos Atlántico y Pacífico, cuenta con tres cordilleras geológicamente

jóvenes y extensas zonas planas, algunas potencialmente inundables, además se tienenregiones donde las precipitaciones están entre las más altas del planeta. Por éstas razones



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nuestro país está expuesto a la mayor cantidad de amenazas naturales, algunas de altaseveridad.

3. ANÁLISIS DE RIESGOS

Teniendo en cuenta las amenazas a que están expuestos los sistemas de transporte dehidrocarburos, a las cuales se les puede evaluar una probabilidad de ocurrencia, se procedea evaluar la vulnerabilidad y exposición del sistema y las consecuencias de un daño en él.

Para la evaluación de los riesgos se tienen varios procedimientos, en los que seinterrelacionan la probabilidad de ocurrencia del proceso amenazante, la capacidad delsistema para soportar éste proceso, el tiempo a que va estar expuesto al proceso y lasconsecuencias del daño:

R = Pa x V x C

Donde R es el riesgo a que está expuestos un sistema, el cual se puede expresar unidadesde valor,Pa es la probabilidad de ocurrencia de una amenaza durante el tiempo de exposición delsistema a esa amenaza,V es la vulnerabilidad del sistema a la amenaza, se puede expresar como la fracción de dañoesperado yC es la consecuencia que se puede expresar en el valor del daño o daños.

Para la avaluación de la vulnerabilidad del sistema se debe tener en cuenta las

características del sistema: resistencia y flexibilidad de la conducción (por ejemplo un tuboenterrado puede resistir la acción de un sismo, debido a que su flexibilidad le permitedeformarse con amplitudes y frecuencias superiores a las impuestas por el sismo, lo que eltubo no puede soportar son los desplazamientos de las fallas por efecto del sismo o losdeslizamientos provocados por el sismo), la presencia y confiabilidad de las obras deprotección, la existencia y tipo de sistemas de monitoreo (por ejemplo si un tubo enterradopasa por una zona sometida a movimientos lentos del terreno, el monitoreo dedeformaciones puede indicar cuando el tubo está próximo a su límite de deformación yprogramar una acción de liberación de deformaciones), la intensidad de los procesos demantenimiento, de manera que los sistemas de protección se mantengan en funcionamientopermanente.

Para la determinación de la amenaza se debe realizar un inventario de ellas en cada sectordel sistema de transporte de hidrocarburos, para ello los mapas son una buena herramienta,cada amenaza se debe analizar, para determinar su intensidad posible, los procesos que lapueden generar o magnificar, por ejemplo los deslizamientos pueden ser provocados porsismos, por lluvias de alta intensidad o duración, en terrenos susceptibles a deslizarse, deacuerdo con sus condiciones geológicas y topográficas, la susceptibilidad al deslizamiento sepuede aumentar por efecto de otros procesos como la erosión o algunas actividadeshumanas como la minería. Esto muestra que la evaluación de la amenaza es una actividadpermanente, debido a lo cambiante de las condiciones, para lo cual el monitoreo es laherramienta que permite actualizar permanentemente los análisis.



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Las consecuencias se pueden evaluar con base en los antecedentes, muchos de los cualesestán registrados en las bases de datos de las Empresas operadoras de los sistemas de

transporte de hidrocarburos.

En la evaluación de consecuencias se debe tener en cuenta que al afectarse unaconducción, este hecho se convierte en una amenaza para los vecinos a la zona de daño, yaque los productos que se transportan pueden contaminar las fuentes de agua, afectar a lavegetación, provocar incendios o explosiones y si en el área se tienen instalaciones dehabitación o actividad humana, estas podrán ser afectadas, así como a sus usuarios.

4. MITIGACIÓN DE LOS RIESGOS

Para mitigar los riesgos por amenazas naturales se tienen varias estrategias, unas

encaminadas a controlar la amenaza y otras a disminuir las consecuencias, disminuir lavulnerabilidad de las conducciones tiene sus limitaciones, debido a la magnitud de losprocesos amenazantes, sin embargo con los sistemas de monitoreo se han logrado avancesimportantes.

La mitigación de los riesgos se inicia con el planeamiento del sistema, su trazado y diseño,allí es donde se logra evitar el paso por la mayoría de los terrenos susceptibles a lasamenazas, sin embargo casi nunca es posible eludir todos los sitios susceptibles.

Por ejemplo en Colombia, por sus condiciones geológicas, se tienen las zonas de producciónde hidrocarburos al oriente del país, en el valle del Magdalena y en el valle del Catatumbo,los puertos de exportación en los océanos Atlántico y Pacífico, separados por las cordilleras,

las refinerías principales en el Magdalena medio y en la costa Atlántica y los centros deconsumo en la zona Andina; entonces los crudos de exportación deben cruzar las cordilleras,los productos refinados deben cruzar las cordilleras para llegar a los sitios de consumo.

En éstos recorridos se deben cruzar terrenos susceptibles a las amenazas y es donde serecurre a prácticas de refuerzo del terreno o a facilitar que los tubos soporten lasdeformaciones que se les impondrán.

En las zonas planas del oriente del país, en los valles interandinos y las llanuras costeras, setiene un gran número de corrientes de agua, las cuales al transportar los sedimentos,cambian de curso (divagan) y pueden afectar a los sistemas de transporte que las cruzan ocuando pasan por el lado de ellos. Para su control se adelantan estudios de dinámica fluvial

y morfológicos, con los que se pueden estimar los movimientos del cauce y localizar lasconducciones por fuera del área de influencia, dentro de la vida útil del sistema de transportede hidrocarburos, sin embargo esta dinámica puede ser más activa de lo previsto, porrazones diversas, entre ellas las actividades antrópicas: de uso del terreno, de cambios enlos cursos de agua y de modificaciones de la cobertura vegetal; por lo que es fundamentalcontar con sistemas de monitoreo y seguimiento que permitan en forma oportuna introducirlos correctivos necesarios.

En la gran mayoría de las obras se cuenta con la cobertura vegetal del terreno, sin embargo,mientras la vegetación se implanta y desarrolla se utilizan estructuras sencillas de control deerosión y manejo de aguas, que faciliten el desarrollo de la vegetación; cuando se pasa por



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zonas de bosque se recurre a técnicas basadas en los procesos de sucesión vegetal natural,para que el desarrollo de la vegetación del derecho de vía se integre al bosque.

5. CRITERIOS DE DISEÑO GEOTÉCNICO

La instalación de tuberías para el transporte de hidrocarburos (oleoductos, poliductos,gasoductos, etc.) requiere una pista de ancho importante, para que se puedan movilizar losequipos de construcción: carga tubos, tiendetubos, zanjadoras, soldadoras y dobladoras,entre otros; esto impone la intervención de fajas del terreno de las cuales se retira lacobertura vegetal, dejando desprotegido el terreno durante el tiempo de construcción amerced de los agentes erosivos.

En el medio tropical el principal agente erosivo es la lluvia, la cual provoca el

desprendimiento de partículas del suelo con el golpe de las gotas, luego estas partículas sonarrastradas por la escorrentía que en su camino desprende nuevas partículas dando lugar aprocesos de erosión, que si no se controlan, se pone en peligro la estabilidad de la tubería,se afectan los terrenos vecinos y los cuerpos de agua, ocasionando problemas ambientalesy legales severos.

En Colombia, a partir del auge en la construcción de sistemas de transferencia dehidrocarburos en las décadas 80 y 90, se desarrollaron algunas tecnologías para controlar laerosión y mantener la estabilidad de los terrenos. Al comienzo las acciones se encaminarona controlar el arrastre de las partículas por la escorrentía, posteriormente se incluyó el controlal desprendimiento de dichas partículas.

Estos desarrollos fueron adelantados por equipos de profesionales de diferentes disciplinas,sobretodo de las ciencias agrarias y biológicas y la ingeniería geotécnica; se encontró que lageotecnia por su capacidad de respuesta y su carácter interdisciplinario es la mejorherramienta para enfrentar estos procesos. Como resultado surgió un nuevo Item en laconstrucción de oleoductos, "la protección geotécnica y ambiental ".

5.1 Factores de evaluación geotécnica

La selección del tipo de obras y del procedimiento de construcción de un oleoducto o ungasoducto, en lo tocante a la estabilidad del terreno que se ocupa y la protección delsistema, dependen de las características geotécnicas y topográficas, las cuales se definenpor medio de una zonificación del corredor adoptado. Para realizar la zonificación se aplican

conceptos de la geología, la geomorfología, la interpretación de imágenes de sensoresremotos, la hidrología y la hidráulica fluvial, que la geotecnia aglutina, decanta y analiza,adiciona sus propios criterios, para dar como resultado el diseño, localización aproximada yespecificaciones de construcción de esas obras.

En los estudios geotécnicos de oleoductos se acostumbra elaborar un mapa geológicogeneral, casi siempre en escala 1: 25000, en el cual se describen las unidades geológicasmayores, las distintas formaciones y los depósitos de ladera de mayor extensión, y seindican las trazas de fallas geológicas. La información básica proviene de mapas regionalesexistentes en Los Servicios Geológicos de cada país o en las oficinas de cartografíanacionales, mapas locales incluidos en estudios de ingeniería, ponencias de congresos y



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artículos de revistas u otras publicaciones técnicas, y de la interpretación de fotografíasaéreas realizada para el proyecto específico. Además, en campo se identifican y delimitan

los procesos de inestabilidad activos, los casos antiguos y aquellos casos "potenciales" ensitios en los cuales se reúnen ciertos factores físicos que pueden conducir a la falla delterreno posteriormente.

A lo anterior se suman consideraciones sobre la topografía, el patrón de drenaje natural y eluso de la tierra; con frecuencia se dibuja un mapa de pendientes que ayuda a lainterpretación de las formas del terreno. Mediante el análisis de toda esta información relativaal terreno en el cual se desarrolla el proyecto, se elabora una zonificación del corredor,agrupando en forma simplificada las áreas que presentan atributos comunes o rasgossimilares, y cuya respuesta ante las modificaciones impuestas por las obras de ingeniería,puede esperarse que muestre cierta uniformidad.

A los factores anteriores se suman otros relacionados con la actividad humana o losreferentes a la práctica de la construcción y la operación eficiente de oleoductos:

• El uso de la tierra.

• La facilidad de acceso.

• La existencia de sitios críticos y áreas urbanizadas que no fue posible eludir en eltrazado.

• La localización de otros proyectos de ingeniería o de zonas afectadas por procesos deexplotación minera.

• La disponibilidad de materiales de construcción.

• La seguridad y las posibilidades de mantenimiento rutinario.

• La economía del proyecto.

Desde luego, que la selección adecuada del alineamiento no exime de adoptar lasprecauciones de diseño necesarias, tanto para las tuberías como para lo tocante aestructuras complementarias como los puentes, estaciones de bombeo, válvulas, tanques yplantas de tratamiento.

5.2 control y protección del derecho de vía ante de procesos de erosión

La erosión es un fenómeno que abarca la separación, el transporte y el depósito de losmateriales que componen el suelo. Los elementos que actúan se denominan agentes

erosivos, siendo los principales: el agua, el viento, el hielo y la fuerza de gravedad.

5.2.1 Tipos de erosión

La erosión representa una amenaza no sólo para los cultivos y la ganadería, la alimentaciónhumana, el ecosistema acuático, sino para la estabilidad de las obras de ingeniería y elperíodo de servicio de sistemas de drenaje y de generación de energía. Se considera degran interés presentar aquí algunos conceptos de Hénensal (1987) que ayudan a precisartérminos e ilustrar sobre los procesos de erosión y su control.



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Se acostumbra distinguir dos grandes tipos de erosión:

a) Geológica o Natural:

Desgaste del suelo en su medio normal por la acción de las diversas fuerzas de lanaturaleza.

b) Acelerada o Antrópica:

Se deriva de las actividades del hombre cuando altera las condiciones del suelo o delambiente.

De acuerdo con Hénensal (op. cit.), la acción del agua superficial causa erosión externa,laminar (extendida en una cierta área) o concentrada (lineal) y se debe al impacto de las

gotas de lluvia o al arrastre ejercido por los hilos de agua temporales que se concentran encanalículos o zanjillas durante la lluvia y un tiempo después de ella. Las partículas de suelosacadas de su sitio y de diferentes dimensiones, son llevadas por el agua de escorrentía y sedepositan a una distancia que es función de su diámetro. Las gravas y arenas se depositaráncon mayor rapidez, en los primeros sitios de cambio de pendiente, por ejemplo en lasdepresiones del terreno o en las cajas de entrada o salida de obras de drenaje, mientras quelos limos y arcillas alcanzarán mayores distancias, sedimentándose en las partes más bajaso continuando en suspensión en los ríos hasta depositarse en condiciones de agua tranquila,por ejemplo en los embalses y lagos que se van a colmatar progresivamente.

5.2.2 Parámetros y Factores de Erosión y los Riesgos Correspondientes

"La importancia de la erosión en un territorio dado depende en términos generales de dosgrandes factores: la erosividad y la erodabilidad.

El parámetro o factor de erosividad R designa el poder del agente o agentes erosivos, esdecir, el poder relativo de arrancar y transportar que pueden tener las fuerzas hídricasdestructoras. Es evidente que entre mayor sea la erosividad, mayor será la erosión. Sedistingue entre la erosividad la de las lluvias y la del agua corriente, en el sentido de quesobre las primeras no puede intervenir el hombre; sólo puede prever, y esto hasta ciertogrado, una erosividad media anual o mensual en un lugar dado.

El parámetro de erodabilidad en sentido amplio corresponde a la aptitud global del terreno ydel territorio considerado a ser atacado por los agentes de la erosión. Entre mayor sea la

erodabilidad, mayor será la erosión.

Se puede escribir entonces:

Erosión = Erosividad R x Erodabilidad

De hecho la erodabilidad está compuesta por un conjunto de tres parámetros. El primero esla erodabilidad K de los suelos. El segundo tiene en cuenta la calidad y la intensidad de lamodificación de la topografía por el hombre, ya sea por la parcelación entre diferentesusuarios o por una mejor explotación; el territorio se considera subdividido en "parcelas"



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relativamente homogéneas, cada una con una pendiente S y una longitud L. El tercerparámetro corresponde al "arte" del agricultor o de otros usuarios del terreno en las

"parcelas" ya definidas; abarca dos aspectos complementarios: por una parte el tratamientodel suelo y de las superficies, que se representa por el factor P y por otra la finalidad mismadel tratamiento efectuado, es decir, el tipo de cultivo, la vegetación natural o laimpermeabilización que se desee obtener, todo lo cual es representado por el factor C .

Se llega en definitiva a los seis factores R , K , S , L, P y C de la Ecuación Universal dePérdida de Suelos (de Wishmeier), según la cual las pérdidas de suelo de una superficiedeterminada están dadas por:

Erosión E = R • K • (SLPC)

La agrupación de los factores S , L, P y C se debe a que son los únicos sobre los cuales elhombre puede ejercer algún control notable. Cada uno de los factores incluidos en laexpresión puede asociarse con un riesgo de erosión particular: R corresponde al Riesgoclimático, K al pedológico y (SLPC ) al antrópico. En relación con el riesgo climático seencuentra ante todo la pluviosidad que es variable dentro de un territorio dado. Así, laprecipitación total anual o mensual varía de una zona a otra. Sin embargo, desde el punto devista de la acción sobre el suelo, parece más importante la manera como el agua essuministrada al terreno que las cantidades de precipitación pluvial, al definir la erosividad delas lluvias. Los procesos de erosión más importantes se deben a fenómenos meteorológicosextremos como los siguientes:

• Grandes aguaceros de fuerte intensidad sobre áreas reducidas, ligados a corrientes de

convección (tormentas locales).

• Lluvias continuas de larga duración e intensidad media sobre una región, debidas adesplazamientos horizontales de gran distancia de masas de aire oceánicas(movimientos de advección).

• Períodos de recalentamiento brusco a menudo acompañados de fuertes precipitaciones,que imponen la caída de nieve y el deshielo del suelo.

En la tabla 1, tomada de García et al (1988), se resumen varios de los puntos tratados hastaahora.

Continuando con la cita que hacemos de los conceptos presentados por Hénensal, viene lorelativo a los riesgos pedológicos en la erosión hídrica:

Es evidente que el riesgo de erosión será mayor entre mayor sea la erodabilidad de lossuelos, pero ésta es una noción compleja debido a que para ser erodados los suelos, suspartículas deben ser sacadas del sitio y transportadas. Por lo tanto, la erodabilidad dependede un alto número de factores los cuales intervendrán solos o en conjunto según lanaturaleza de los suelos, los lugares y las circunstancias.



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TABLA 1. ACCIÓN Y EFECTOS DE LA LLUVIA EN LA EROSIÓN DE TERRENOS

Acción erosiva directao indirecta de la lluvia Mecanismo de acción Efectos erosivos, directos o

indirectos

Impacto de las gotas DisgregaciónErosión por escurrimientolaminar.

Escurrimiento superficialDisgregaciónTransporte

Erosión diferencial, pordiferentes resistencias alfenómeno en las distintascapas del terreno.

InfiltracionesNivel freático colgado.Elevación del nivel freático.

Deslizamientos de tierra.Erosión interna, tubificación,etc.

Humedecimiento ysecado

Expansión y contracción.Fisuramiento.Pérdida de cohesión.Flujos estacionales.

a) Factores texturales:

Están ligados a la granulometría o distribución de partículas del suelo por tamaños. Alrespecto se han propuesto ciertos valores del porcentaje de partículas de un determinadotamaño presentes en el suelo (contenidos de arena fina, limo, arcilla y materiales orgánicos)o del coeficiente de uniformidad Cu=D60 /D10, donde Dx es el tamaño -abertura del tamiz-que deja pasar x% del material; por ejemplo, se dice que Cu inferior a 5 denota suelos muyerodables.

b) Factores físico-químicos:

La plasticidad, como un índice de la presencia de suelos arcillosos que debecomplementarse con la debida consideración al carácter mineralógico de la arcilla presente;será más desfavorable una arcilla del tipo de montmorillonita saturada de sodio que una

caolinita. La condición dispersiva que se trata más adelante también es muy importante eneste contexto.

La fracción arcillosa puede ser expresada por la capacidad de intercambio catiónico, el valordel ensayo de azul de metileno, etc. Desde el punto de vista granulométrico se haestablecido que es la porción del suelo cuyas partículas son de tamaño menor a 0.002 mm.



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c) Factores estructurales:

La compacidad y la porosidad, la agregación en terrones y la fisuración, la existencia de unacostra o cobertura en la superficie y la biomasa: raíces, lombrices de tierra, insectos,pequeños mamíferos, micro-organismos.

Se mencionó antes la dispersividad de los suelos arcillosos; esta propiedad los hacealtamente erosionables en presencia del agua y se debe a un proceso electroquímico de"defloculación" o "dispersión" en el cual se pierde la microestructura o arreglo de laspartículas minerales individuales que entonces, ya separadas unas de otras (dispersadas),pueden ser arrastradas a través de los poros del suelo "propiciando la formación decanalículos que dan lugar a fallas por tubificación", a veces muy graves en diques y presasconstruidas con dichos materiales (Orozco et al, 1975).

La dispersividad depende de la concentración de cationes de sodio (Na) disueltos en el aguade los poros, en relación con la de iones de calcio (Ca) y magnesio (Mg), del contenido desales disueltas en el agua que va a pasar por los poros del suelo y de la velocidad del flujo.El carácter expansivo de las arcillas tiene en este último aspecto cierta importancia “si el flujotiene una velocidad suficientemente baja, la arcilla que rodea el canal de flujo se expande ylo sella”; “si la velocidad inicial de flujo es suficientemente alta, las partículas de arcilladispersiva son arrastradas, lo cual agranda el canal de flujo y conduce a una falla progresivapor tubificación o sifonamiento”. (Orozco et al, op. cit.).

El carácter dispersivo se puede determinar mediante ensayos químicos que permiten hallarla concentración de cationes ya mencionada. En la geotecnia se utiliza con éxito como guíapara esta determinación el ensayo de "Pin Hole", en el cual se hace pasar agua por un

agujero hecho con una aguja ("pin") en el centro de una muestra cilíndrica bajo diferentesalturas (o carga hidráulica); se observa si el agua recogida en una probeta, ha arrastradopartículas del suelo así como el aspecto del orificio después de la prueba.

5.2.3 Riesgos antrópicos

Se encuentra que los riesgos antrópicos de la erosión dependen de la demografía y delestado de desarrollo económico de la sociedad en general y de las comunidades rurales enparticular. En esta forma toda variación importante de la población rural ejerce en un sentidou otro una influencia sobre la erosión.

Otros riesgos antrópicos están asociados con el desarrollo urbano, los medios de transporte

y las obras de infraestructura. La inexistencia o la deficiencia de sistemas de alcantarilladode aguas lluvias y residuales, ligada al crecimiento de la población urbana, hace que lasaguas concentradas por flujo sobre superficies impermeabilizadas como los techos ycubiertas de edificaciones, las calles y zonas de parqueo pavimentadas, en un momentodado excedan la capacidad del sistema, se desborden y fluyan por las calles. Si las callesson de pendiente notable y no están estabilizadas o pavimentadas, poco a poco seconvertirán en cárcavas y se perderá su función.En las zonas de invasión o tuguriales de la periferia de las grandes ciudades es frecuenteque la población (compuesta casi siempre de inmigrantes procedentes de las áreas rurales),ocupe áreas de suelo erosionable o cañadas y cauces intermitentes en los cuales puedenocurrir deslizamientos y flujos de detritos y de lodos, con consecuencias lamentables. Los



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sitios de construcción son muy sensibles a la erosión. Se tiene que los grandes proyectos deconstrucción urbana mantienen los sitios sin cobertura y vulnerables durante uno a tres años.

En lo relacionado con los sistemas de transporte como las carreteras y los oleoductos, seencuentra que los derechos de vía tienden a ser zonas de concentración de las aguas. Si lasestructuras o medios de drenaje fueron bien concebidos el efecto será menor. En el casocontrario la concentración excesiva del flujo interceptado en la cuenca atravesada por elproyecto, causará un incremento apreciable de la erosividad y con rapidez se profundizará yampliará el cauce natural receptor, llegando casi siempre al carcavamiento grave.

Un diseño defectuoso (conductos de capacidad insuficiente) o un mantenimiento descuidadopueden dar lugar a la colmatación de las obras de drenaje y las aguas rebasarán laestructura arrastrando parte del derecho de vía. Si la cuenca está en degradación avanzadaeste peligro se incrementará y pueden presentarse flujos y avalanchas de detritos. Puedesuceder en terrenos montañosos que las vías capten las aguas de una cuenca dada y las

conduzcan a la cuenca vecina; se presentarán crecientes súbitas y de gran volumen queimplicarán peligro grave para la población, los vehículos y las estructuras de cruce, aldesbordarse las aguas.

Se comprende entonces que las técnicas de ejecución de proyectos lineales como losoleoductos, poliductos y gasoductos deben incluir en el diseño y la construcción lasestructuras de drenaje adecuadas aún para evacuar crecientes, y las obras de proteccióncontra erosión, las de control de sedimentación y otras. Será indispensable la adopción demedidas de protección en terrenos montañosos, tales como los dispositivos de drenaje ysedimentación y la empradización inmediata o "precoz".

5.2.4 Relaciones entre la erosión y la remoción en masa

Bajo los términos "remoción en masa" se designan en la geomorfología los movimientos defalla del terreno que abarcan volumen apreciable de suelos o rocas, o sea:

• Caídas

• Deslizamientos traslacionales y rotacionales,

• Flujos de detritos y de tierra,

• Flujos de lodo y avalanchas,

• Casos complejos de deslizamiento múltiple retrogresivo o de combinación de dos o mástipos de movimiento como los hundimientos-flujos de tierra.

La erosión puede actuar como factor contribuyente o disparador de movimientos en masa alir debilitando paulatina o súbitamente el terreno, por remoción de materiales en la base oflancos de zonas susceptibles. Por lo tanto, en los oleoductos resulta conveniente estudiar ycontrolar en conjunto los dos tipos de fenómenos o procesos.

En la tabla 2 se resumen los tipos y modalidad de acción de los procesos de erosión yremoción en masa. (García et al, 1988; IGL 1988). En general, son de la mayor importancialos procesos de erosión, tanto laminar o extendida sobre la superficie del terreno que hasido descapotado, como concentrada en zanjillas y surcos. En los casos avanzados seforman cárcavas y barrancas, perdiéndose el relleno de la zanja en la cual esta el tubo, o



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desapareciendo parte de la banca del derecho de vía, o quitando soporte a las laderasvecinas, con lo cual se pueden inducir problemas de inestabilidad mayores.

Los procesos de remoción en masa abarcan el desplazamiento más o menos simultáneo devolúmenes apreciables de suelo o roca de un talud de excavación en obras de ingeniería, ode una zona de una ladera. Pueden deberse a la excavación de taludes con altura excesivao con ángulo demasiado fuerte comparados con lo que pueden aguantar los materialesexistentes por su propia resistencia al corte y sus condiciones estructurales (estratificación,diaclasamiento, heterogeneidad), a pérdida de soporte por erosión, y a socavación en labase de la ladera por corrientes de agua.

TABLA 2 - PROCESOS DE EROSIÓN Y REMOCIÓN EN MASA

TIPO MODALIDAD

1. Erosión pluvial - Impacto de gotas de lluvia ydesprendimiento de partículas del suelo.

2. Escurrimiento superficial de agua.

- Escurrimiento difuso.- Erosión laminar.- Erosión en surcos.- Erosión en cárcavas.

3. Flujo sub-superficial de agua.- Difuso.- Concentrado o en sofusión.

4. Abrasión eólica.- Erosión eólica.- Sedimentación (dunas, médanos).

5. Acción de aguas corrientes.- Socavación.- Sedimentación.

6. Remoción en masa.

- Caídas de suelo o roca.- Deslizamiento traslacional.- Hundimiento o deslizamiento rotacional.- Flujo de detritos o flujo de tierras.- Flujo de lodos y avalanchas.- Deslizamientos compuestos o múltiples.

5.3 Criterios de diseño geotecnico y ambiental

5.3.1 Conceptos básicos

La vulnerabilidad de los sistemas de transferencia de hidrocarburos ha evolucionado en lasdécadas recientes; inicialmente la situación más crítica se presentaba en la calidad de lostubos y hubo muchas roturas por falla en las costuras longitudinales o en el mismo material,posteriormente fueron las uniones entre tubos. Estas situaciones se resolvieron mediante unestricto control en la fabricación de los tubos y en la calidad del acero; las bridas de unión secambiaron por juntas soldadas donde los procedimientos son controlados y probados paragarantizar la calidad de las pegas; finalmente se realiza una prueba hidrostática encondiciones más exigentes que las de operación, antes de dar al servicio la tubería.



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Resuelta esta vulnerabilidad mecánica, se encontró que la corrosión amenazaba seriamenteel funcionamiento de las tuberías, pues éstas perdían espesor y por consiguiente capacidad,

entonces las tuberías se protegieron con recubrimientos anticorrosivos y se dotaron laslíneas enterradas con sistemas de protección catódica, quedando así protegidos contra estaamenaza química.

Solucionados los puntos anteriores de naturaleza mecánica y química, vino el hecho de quelos tubos quedan expuestos a la acción socavante de las corrientes de agua, a losmovimientos del terreno y a la erosión; es entonces cuando la Geotecnia es tenida en cuentaen las labores de mantenimiento, inicialmente y luego en el diseño y construcción desistemas de transferencia de hidrocarburos, al punto de llegar a liderar la actividad;adicionalmente la geotecnia introdujo el Manejo Ambiental a los oleoductos y se han dadorespuestas que disminuyen la vulnerabilidad de los sistemas ante las amenazas naturales.

Actualmente la principal amenaza que afecta los sistemas de transferencia de hidrocarburosestá dada por la situación sociopolítica y de orden público que existe en el país, la cual semanifiesta en los actos terroristas y el hurto de los fluidos transportados. Para controlar estaamenaza y reforzar el sistema se han intentado muchas acciones, prácticamenteinfructuosas.

5.3.2 Obras preventivas y correctivas de procesos de inestabilidad

Para el control geotécnico se introdujeron inicialmente acciones y obras correctivas deprocesos de inestabilidad, posteriormente se adelantaron acciones preventivas, para lo cualse modificaron los procedimientos constructivos tradicionales, con el fin de disminuir el anchode afectación del terreno; se adelantaron los trazados con criterio geotécnico buscando

eludir los sectores inestables (activos o potenciales) y adelantando labores de adecuación yprotección del terreno previas a la apertura del derecho de vía.

Dentro de la protección se tiene como el principal, el control de la erosión pluvial, la cualcomo ya se ha indicado se presenta en dos formas, por el golpe de las gotas de lluvia y porel arrastre de partículas que efectúa la escorrentía.

El planteamiento de respuesta se enfocó a controlar el arrastre por escorrentía para lamayoría de los casos y sólo para los muy críticos se adelantaron obras que controlaran losdos procesos.

Para manejar la escorrentía se diseñaron sistemas de drenaje con base en cortacorrientes,

canales laterales y entregas del agua o “descoles” a sitios seguros.

El criterio de manejo está dado por la capacidad del flujo de agua de arrastrar las partículasdel suelo, donde intervienen el tamaño de la partícula y la velocidad del flujo (Hjulström,1935), figura 1; la velocidad es una función del caudal y la pendiente (Manning) y el caudales función de la intensidad de la lluvia (Q = CIA) , resultando en últimas que las variables quecontrolan el proceso son el tamaño de partículas (granulometría), la pendiente del terreno yla intensidad de la lluvia cuando el terreno está completamente desnudo. De esta manera sedefine la separación entre cortacorrientes, buscando que entre ellos no alcance a producirseel arrastre de partículas. Con estos mismos criterios se determina la sección y tipo derecubrimiento de los canales y obras de entrega.



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5.3.3 Obras o acciones incluidas en el diseño geotécnico de oleoductos ygasoductos.

Entre las acciones que se han diseñado para controlar los procesos erosivos, se tienen lassiguientes:

a) Trazado

Partiendo de estas consideraciones se busca el alineamiento teniendo en cuenta factorescomo la estabilidad geotécnica, menor longitud, proximidad a centros poblados, menorafectación ambiental, uso del suelo y facilidad de construcción entre otros.

b) Adecuación del derecho de vía

Las labores de adecuación están encaminadas a dotar al terreno de una serie de elementosque le permitan soportar sin mayores contratiempos las labores de construcción,especialmente las relacionadas con los cruces de corrientes y los movimientos de tierra.

c) Alcantarillas provisionales

Se propone ejecutarlas con tubería tipo ARMCO encajable, dada su facilidad de instalación yretiro, y la posibilidad de reutilizarlas; las más convenientes son las de 36" y 48" de diámetro.

Para definir el número de tubos por donde pueda pasar sin problemas el agua de lacorriente, en cada caso, por medio de evaluaciones hidrológicas se encontró que si secoloca la cantidad de tubos necesarios para ocupar el ancho frecuente del cauce, laalcantarilla puede funcionar eficientemente para el 90 % de las crecientes que ocurrandurante la construcción.

Figura 1- Relación entre lavelocidad de flujo del agua ydiámetro de partículas de suelos enel proceso general de erosión.(Hjulström, 1935).



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La longitud de las alcantarillas debe ser la que permita el tránsito de vehículos y equipos deconstrucción que son los de mayor efecto sobre los cauces.

d) Contención lateral de residuos térreos

En principio se busca disponer los residuos al lado del Derecho de Vía, para lo cual se handiseñado y puesto en práctica durante la construcción de diferentes líneas (Caño Limón-Coveñas, Villavicencio-Bogotá, Santiago-El Porvenir, Oleoducto de Colombia entre los másimportantes) una serie de estructuras sencillas, elaboradas con elementos de la región, talescomo los trinchos de madera construidos con los árboles que es necesario talar o los diquesde sacos rellenos de suelo.

Para fines de las Normas de Ingeniería de Oleoductos se consideró una densidad de losresiduos térreos 1.8 ton/m3, coeficiente de empuje de tierras de 0.5 y ángulo de fricción en la

base de la estructura de 30°; de esta manera se tiene que para los trinchos de altura inferiora 1.5 m, construidos con sacos rellenos de suelo, el factor de seguridad al deslizamiento essuperior a 1.25, valor aceptable para una estructura temporal.

Los trinchos apoyados contra los árboles de los bordes del derecho de vía no han sidosometidos a análisis, pero si a verificación de campo.

Cuando se tienen alturas mayores de 2 m o se requieren estructuras de mayor permanencia,se construyen elementos de contención con gaviones, los cuales se diseñan para quetrabajen en forma integral con el relleno, a manera de tierra reforzada. Esto se logra con losgaviones de punta (contrafuertes internos) colocados generalmente en las filas superiores,que hacen las veces de anclaje. Estas estructuras de gaviones están en capacidad de

deformarse sin fallar; se aceptan deformaciones de la cabeza de hasta un 5% de la altura delmuro.

Para las obras de contención lateral en las Normas de Ingeniería de Oleoductos seadoptaron los siguientes parámetros: densidad del relleno 1.8 ton/m3, coeficiente de empuje0.3 a 0.5, ángulo de fricción en la base de la estructura 30 o y densidad de los gaviones de1.7 ton/m3. Se obtiene un factor de seguridad al deslizamiento superior a 1.5, que seconsidera aceptable.

e) Escombreras:

En algunos sectores donde se esperan excavaciones mayores para conformar el Derecho de

Vía y los residuos térreos no se pueden disponer en su totalidad al lado de aquél, se buscansitios cercanos estables y con geometría favorable para su disposición permanente. Estossitios se adecuan mediante descapote, intercepción, captación y conducción de aguassuperficiales y subsuperficiales con zanjas y filtros, y la construcción de estructuras decontención.

f) Protección de la zanja en la cual se coloca el tubo

Para confinar el material de tapado dentro de la zanja, en las zonas de pendiente, se hadesarrollado la instalación de barreras construidas con sacos rellenos de suelo. Estas



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barreras se construyen con facilidad rellenando los sacos con material del sitio y dejándolasligeramente empotradas dentro de las paredes de la zanja. La curva de distribución de las

barreras (separación de éstas en función de la pendiente longitudinal del derecho de vía) seha planteado de manera que aunque se erode el suelo del llenado de la zanja no se destapeel tubo, quedando parte del material de llenado entre las barreras con un ángulo que impidala erosión del material durante un tiempo que permita tomar las acciones necesarias paracorregir la situación.

g) Protección del derecho de vía

El derecho de vía de una línea de transferencia es amenazado por los agentes meteóricosque tienden a producir erosión del terreno; el principal agente causal de erosión es el agua,la cual se puede controlar mediante sistemas de captación y conducción a cauces naturalesestables.

En un Derecho de Vía el terreno se protege del impacto directo de la lluvia con coberturasvegetales o pañetes y la escorrentía se controla mediante cortacorrientes que conducen elagua hacia los lados a canales laterales que desaguan en cauces naturales, además seadelantan prácticas de revegetalización que ayudan a la recuperación del terreno.

h) Cortacorrientes

Son elementos que cruzan el Derecho de Vía tienen una altura variable entre 0.2 y 0.6 m yconforman un "cauce" de baja pendiente, de manera que no ocasionen erosión del fondo.

La distribución de los cortacorrientes es función de la geometría del terreno, la erodabilidad

del suelo y la intensidad de la precipitación como las más importantes.

La forma general del terreno define si el desagüe se hace a ambos lados cuando el Derechode Vía, se desarrolla sobre un lomo y hay posibilidad de entregar a cauces naturales, enladeras, o cuando solo se pueda entregar a un solo lado se tienen elementos que desaguanhacia ese costado del Derecho de Vía.

La influencia de la pendiente longitudinal del Derecho de Vía, la erodabilidad y laprecipitación definen una curva pendiente-separación, la cual fue planteada y puesta aprueba en campo, mediante la observación del comportamiento en el Oleoducto CañoLimón-Coveñas, En el Gasoducto Villavicencio-Bogotá y el Oleoducto Santiago-El Porvenirse introdujeron modificaciones y ajustes al planteamiento inicial. Atendiendo a facilidades

constructivas se establecieron tres tipos de cortacorrientes para diferentes rangos dependiente, diferentes tipos de suelo y para dos condiciones meteorológicas (alta y bajapluviosidad).

i) Canales laterales

Cuando no sea conveniente desaguar cada cortacorriente directamente a la ladera vecina,se construyen canales laterales que reciban el agua y la lleven a cauces naturales. Estoscanales se diseñan con base en criterios hidrológicos, generalmente empleando lasecuaciones “Racional” y de Manning. Para evitar erosión del fondo de los canales se ha



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ensayado con éxito la instalación de recubrimientos con enrocado o sacos rellenos de suelo-cemento y de diques disipadores de energía.

j) Disipadores de energía

El diseño de estas estructuras se basa en las curvas de diseño propuestas por Hecde en1976, a partir de trabajos empíricos; para el caso de las Normas de Oleoductos se hanintroducido pequeños ajustes obtenidos a partir de la observación del comportamiento dedichas estructuras en varias líneas colombianas.

k) Descoles

Son estructuras que sirven para entregar el agua de los sistemas de drenaje del Derecho deVía a las corrientes naturales en forma segura y eficiente, de manera que no se presente

arranque de materiales del fondo de los canales de desagüe, ni se induzca erosiónconcentrada en los cruces o cañadas receptoras. Se construyen generalmente en forma deescalinata, utilizando gaviones o sacos rellenos de suelo-cemento o mampostería de piedra.

l) Coberturas o revestimientos

En los últimos años la protección de los Derechos de Vía de Oleoductos ha evolucionado alcontrol del impacto de las gotas de lluvia, para lo cual se han empleado las coberturas,inicialmente de cespedón de pasto, de malla y concreto o piedra pegada con mortero, ensectores muy susceptibles a la erosión; y recientemente con biomantos, construídos confibras vegetales que protegen al terreno del impacto y favorecen la germinación y crecimientode la vegetación.

En éstos sistemas se presenta flujo de agua bajo el biomanto, el cual genera arrastre departículas, proceso que se puede controlar con ayuda de cortacorrientes y haciendo que latela del biomanto quede pegada al terreno. Se procura utilizar al máximo la tela de fique.

j) Cruce de brechas de falla potencialmente activas

En sitios de paso por terrenos donde se esperen desplazamientos lentos, se acostumbra acolocar el tubo dentro de una camisa de acero corrugado de un diámetro varias vecessuperior al del tubo, de manera que esta camisa se acomode a los movimientos del terreno,e impida que durante un tiempo el Oleoducto soporte estos empujes; esto se acompaña deprocedimientos de monitoreo que permitan establecer cuando la camisa deja de cumplir su

función, para realizar los correctivos necesarios.

Durante la etapa de diseño se deben prever estos pasos, con base en análisisgeomorfológicos y de Neotectónica.

5.4 Sistemas de seguimiento, monitoreo y mantenimiento.

Para controlar la eficacia y el comportamiento de las medidas adoptadas para mitigar losriesgos, se deben poner en práctica sistemas de seguimiento y monitoreo que orienten laslabores de mantenimiento y que permitan alertar oportunamente sobre cambios en las



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condiciones de amenaza, para introducir a tiempo los correctivos necesarios. Es fundamentalque el diseño incluya el planteamiento del sistema de monitoreo.

Una primera acción está relacionada con el inventario y zonificación de los procesos que sepueden considerar amenazas, para ello una recopilación de mapas con el trazado, lascondiciones geológicas del corredor ocupado, los procesos geológicos, geotécnicos ehidrotécnicos que han tenido lugar, complementando con la interpretación de fotografíasaéreas de diferentes épocas y el control de campo geológico-geotécnico mediantereconocimientos directos del terreno por personal especializado en éstos temas; de estaslabores se obtendrían los mapas de susceptibilidad a las diferentes amenazas y serían labase para la determinación de las probabilidades de ocurrencia de aquellas. Los resultadosde los estudios de trazado y diseño son una buena base de partida, la que secomplementaría con los procesos de inestabilidad que se hayan presentado duranteconstrucción y los incidentes que la construcción haya provocado. Se debe complementar

con los registros y evaluaciones hidrometeorológicas de las zonas ocupadas por el sistemade conducción.

Como segunda acción se propone el inventario de las obras de protección que se hayanpuesto en práctica: Trinchos, filtros con sus descoles, barreras en la zanja, cortacorrientes,canales con sus descoles, muros de contención, rellenos de reconformación, tipo y estadode la cobertura del derecho de vía y los terrenos afectados por la construcción, tales comoescombreras, accesos, sitios de acopio y campamentos, zonas inestables durante laconstrucción, por efecto de ella o no. Los planos de cómo fue construido el sistema son unabuena herramienta para esta parte de la labor.

Con ésta información se adelantan los análisis iniciales de vulnerabilidad del sistema y se

identifican los sitios críticos, en los que se adelantan estudios especiales para determinar conmayor aproximación sus condiciones de riesgo y poner en práctica obras especiales derefuerzo y manejo.

Con base en el diagnóstico inicial se diseña la estrategia de seguimiento, que incluiráreconocimientos periódicos por parte de recorredores de línea entrenados para tal efecto,mediciones topográficas periódicas en sitios especiales, evaluación de los registroshidrometeorológicos de las estaciones que se hayan identificado a lo largo del corredor, si sedetectan deficiencias en la cantidad de estaciones de la red nacional del IDEAM y lasCorporaciones ambientales se deben tener instrumentos propios, por ejemplo en lasestaciones de bombeo o en sitios operativos, en los cuerpos de agua se deben instalarsistemas de medición de los niveles del agua y en lo posible contar con elementos de

medición de caudales. Estar atentos a los reportes de las autoridades sobre sismos,inundaciones u otras amenazas naturales que puedan tener influencia sobre el sistema detransporte de hidrocarburos. Muchos de estos reportes se encuentran en las páginas web delas instituciones del sistema nacional de alertas, o ellas pueden suministrar los registros,mediante convenios con la entidad operadora del sistema de transporte.

Los recorredores de línea deben informar sobre el estado de las obras de refuerzo y drenajedel derecho de vía (cortacorrientes, filtros, canales y descoles), el avance de la coberturavegetal, el uso del terreno aledaño, la presencia de edificaciones en la vecindad del DV, enuna distancia de 50 m, los cambios en los cursos de las corrientes de agua, la presencia devías, excavaciones, instalaciones de minería o de manejo de aguas en una vecindad de por



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lo menos 50 m del DV, la presencia de procesos de erosión o inestabilidad en el derecho devía y en una vecindad de 50 m de él, la presencia de hundimientos o levantamientos del

terreno en el DV. Es importante diseñar formatos con listas de chequeo que permitan cubrirla totalidad de los elementos que se deben evaluar, incluyendo fotografías.

Con la información obtenida en las labores de seguimiento se realizan análisis tendientes aactualizar el conocimiento sobre las condiciones del sistema de transporte y poder evaluar sucomportamiento.

Otra herramienta eficiente de seguimiento son los sobrevuelos en helicóptero o avioneta(dependiendo de la topografía del terreno ocupado) realizados por personal entrenado y conbuen conocimiento de la línea. Durante estos sobrevuelos se deben tomar fotografías yvideos, las que se pueden comparar con las tomadas en sobrevuelos anteriores y estimar loscambios que se hayan presentado en las condiciones del terreno ocupado por el corredor del

sistema de transporte.

Cuando se detecten modificaciones sustanciales en las condiciones que lleven a temer porun agravamiento de la situación de estabilidad, se deben realizar reconocimientos detalladospor personal experto y eventualmente estudios detallados que permitan recomendaracciones y obras correctivas.

De cada recorrido o inspección se debe preparar un reporte, que debe ser entregado a losencargados de los análisis del comportamiento del terreno y de las labores demantenimiento.

Un diseño típico de un programa de seguimiento y monitoreo hidro-geotécnico puede

contener:

Diagnósticos especializados, al año de construcción de la línea y luego cada 5 años.Inspecciones generales del derecho de vía por los recorredores de línea cada 4 a 6 meses,dependiendo de la evolución de las condiciones.Inspecciones puntuales a sitios críticos por recorredores de linea cada mes.Inspecciones aéreas cada 3 meses.

Cuando se tengan sectores con movimientos lentos del terreno, las mediciones topográficaspueden tener inicialmente una frecuencia semanal, mientras se determina la velocidad delmovimiento, posteriormente se pueden espaciar hasta cada 6 meses, sin embargo esprudente realizar mediciones después de cada temporada de lluvias.

La recolección y análisis de los reportes hidrometeorológicos, de sismos e inundacionesdebe ser permanente, si el sistema de transporte está expuesto a amenazas volcánicas ohuracanes o tornados se debe incluir la información sobre éstas amenazas.

Las labores de mantenimiento en principio deben estar enfocadas a mantener enfuncionamiento los sistemas de refuerzo del terreno, las obras de manejo de aguas, fomentarel desarrollo de la cobertura vegetal, mantener los accesos al derecho de vía y adelantar lasreparaciones que se requieran, de acuerdo con los resultados del seguimiento, paraasegurar la integridad del derecho de vía del sistema de transporte de hidrocarburos.



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6. PASOS ESPECIALES

Son aquellos donde las condiciones de líneas regular no se cumplen, los puede haber porlas condiciones del terreno, tales como el paso por zonas empinadas, o por zonas angostas,o por terrenos de estabilidad marginal, o por sitios de restricción ambiental (páramos,humedales, reservas, bosques o ecosistemas sensibles).

Se tienen también los cruces de infraestructura, tales como el cruce de carreteras, o deferrocarriles, o de otros ductos, o de líneas de vida. Se incluyen también los tramos por elborde de vías o compartiendo derecho de vía con otros ductos.

Los principales o tradicionales cruces especiales han sido los cruces de cuerpos de agua,tales como los cruces de corrientes (ríos, quebradas, canales) y el paso por lagos, lagunas,

esteros, embalses, etc.

Para cada uno de éstos pasos se deben adelantar estudios detallados, en la disciplina quecorresponda: Topografía, geotecnia, hidráulica, biología, tránsito y determinar las limitacionesy condicionantes, para con ello diseñar los procedimientos constructivos y las obras yacciones necesarias para poder instalar la tubería en forma segura. En la segunda parte deéste Tutorial se incluye lo relacionado con los cruces de cuerpos de agua.

Bogotá D.C. 24 de julio de 2013.

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