Un ambiente para el análisis del diseño, construcción y operación segura de gasoductos An application for analysis of design, construction and safe operation of gasoducts Juan A. PERAZA DURÁN1 y Silvia GARCÍA2 1Asistente de Investigador, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México 2Investigador, RESUMEN: En este artículo se presenta una aplicación para el análisis del diseño, construcción y operación segura de gasoductos. Esta herramienta está diseñada para contener información conceptual y operacional con potencial para exploración y simulación de escenarios, nuevo trazo de distribución y actualización de las acciones contra amenazas a la integridad de las instalaciones. ABSTRACT: In this paper an application for the analysis of design, construction and safe operation of gasoducts is presented. This tool is designed to contain conceptual and operational information with potential for exploring and simulating scenarios, new distribution line tracing and updating actions against threats to the integrity of the facilities. 1 INTRODUCCIÓN La creciente necesidad de dotar de fuentes de energía, seguras y constantes, a distritos súper poblados es especialmente importante cuando se trata la prevención de desastres urbanos. Esto resulta evidente en la ciudad de México donde existe una alta concentración de órganos culturales, económicos y políticos y la tasa de sobrepoblación se combinan en una escala única en el mundo. En la capital mexicana, el gas natural se suministra en vastos y complejos sectores (Figura 1) siendo un reto fundamental responder en tiempo y forma sobre el cese de suministro cuando una emergencia se presente. Conscientes de la dimensión de esta exigencia y la obvia necesidad de amalgamar conocimientos de varias ramas de la ingeniería con la intención de optimizar la operatividad de gasoductos, en el Instituto de Ingeniería de la UNAM se desarrolló una herramienta que contiene información conceptual y operacional para exploración de escenarios, nuevo trazo de distribución y definición puntual de amenazas a la seguridad de las instalaciones y las personas. Se aprovecharon las ventajas estratégicas de un entorno HTML (capacidad para soportar un número ilimitado de usuarios, accesibilidad desde cualquier lugar y en cualquier momento, funcionalidades de descarga, manejo de datos, visualización de mapas, etc.) y del cómputo cognitivo para construir el ambiente propuesto. área de dotación anillo exterior Ciudad de México Figura 1. Distribución de gas natural en la ciudad de México (esquema en aproximación). SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. 2 Un ambiente para el análisis del diseño, construcción y operación segura de gasoductos 2 CARACTERISTICAS ESENCIALES DEL AMBIENTE El principio regidor de esta propuesta es que el ente que dota la molécula debe tener el mejor control posible sobre sus tuberías, el suelo donde son enterradas, el contexto urbano y el nivel de impacto que, ante desastre natural o antropogénico, tendría el cese de suministro sobre la civitas. El ambiente es una plataforma que facilita la gestión de información gracias a un control automatizado de datos georreferenciados provenientes de mapas conceptuales. Esta tarea se complementa con predictores cognitivos para plantear escenarios y auxiliar en la toma de decisiones e implementación de estrategias. La herramienta pretende eficientar el empleo de recursos en las etapas de diseño, construcción y operación de gasoductos o tuberías enterradas. De manera resumida, las características operacionales de la aplicación son las siguientes: Almacenamiento, organización y tratamiento de datos provenientes de sensores, instrumentos y dictámenes, Visualización agrupada de propiedades y de datos georreferenciados en exploración interactiva, Simulación de escenarios, prospección subjetiva y pronóstico numérico de las amenazas declaradas. La programación está ideada para hacer del ambiente un sistema adaptativo. El mejoramiento y ajustes a las condiciones en los suelos que alojan a las tuberías, en el trazo de las líneas de distribución y en el entorno urbano, así como al potencial de deformación del terreno y situaciones naturales peligrosas se puede realizar de manera simple y directa. La aplicación cuenta con dos barras de uso: i) descriptivo y ii) práctico. En la barra descriptiva se presenta la información o ligas que requiere el usuario para el uso del ambiente como un html. Se describen las bases conceptuales y operacionales del ambiente y se detallan las bases teóricas de la aplicación particular que se analiza: un sistema de interrupción de dotación de molécula ante emergencias sísmicas (Figura 2a y 2b). a) b) Figura 2. Ambiente de análisis, a) pantalla de INICIO, b) barra descriptiva. SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. PERAZA DURÁN J. y GARCÍA S. Los submenús que se ponen a disposición son Sobre SISES. Se muestra una explicación detallada de la propuesta para el cese inteligente de dotación ante emergencia sísmica (fuera del alcance de este artículo para el lector interesado se recomienda García et al., 2013), Descripción de la herramienta. En este ítem se analizan los campos de visualización, operación e impresión disponibles en el ambiente, cómo y dónde usarlos y las limitantes de los resultados gráficos y numéricos que se ofrecen, Documentación específica. Contiene artículos técnicos, literatura original y sitios electrónicos de los temas relacionados, Ayuda. Webmaster y contactos para aclaraciones sobre lo teórico y operacional de la herramienta. En la barra práctica se ofrece al usuario la posibilidad de 3 Explorar. Visualización de los mapas cargados, las propiedades declaradas georreferenciadas y el entorno de amenaza requerido, contiene cuadros dinámicos que cubren el área de la ciudad dónde se dota la molécula de gas (se muestran algunas de las variables disponibles en la Figura 3), Experimentar. A partir de coordenadas LAT, LONG se abre una ventana, cierto número de metros alrededor de la ubicación requerida, de análisis específico. El usuario puede observar, leer y concretar sobre el tipo de suelo, la afectación ante amenazas pasadas y futuras (entra prospección cognitiva) y su relación con los sistemas de seguridad urbanos y del propio ente que dota del servicio (Figura 4), Diseñar. Simulación de escenarios múltiples en distintos puntos de la ciudad. Se permite la proyección de nuevo trazo o la modificación del existente, la alternativa a la amenaza y la posibilidad de construir instalaciones específicas (labor de enterrado y seccionado-bloqueo de zonas) (Figura 5). Figura 3. Pantalla para “explorar”. SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. 4 Un ambiente para el análisis del diseño, construcción y operación segura de gasoductos Figura 4. Pantalla para “experimentar”. SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. PERAZA DURÁN J. y GARCÍA S. 5 Figura 5. Pantalla para “diseñar”. 3 OPERACIONES GEOTÉCNICAS, SISMOLÓGICAS Y CIVILES Este sistema está dirigido a las instancias distribuidoras de gas sobre las líneas de la ingeniería civil relacionadas con esta actividad productiva. Este sistema no pretende eliminar la experiencia ni el criterio ingenieril en el desarrollo de este tipo de obras continuas. Es fundamental que el usuario comprenda y se responsabilice de los argumentos que obtenga de él para la ejecución de su diseño/obra. Este sistema contiene, hasta la fecha de publicación de este artículo, el esqueleto para mostrar y/o montar sobre el mapa base de la ciudad de México (Figura 6): • Trazo de línea distribución Sobre el plano de vialidades principales y demarcaciones de la Ciudad de México se presenta i) el trazo de la línea de distribución con las características de presión, material y diámetro, y ii) las instalaciones secundarias fundamentales como los ramales o válvulas de cierre, se especifican las características de presión a la llegada y salida así como situaciones técnicas a considerar por el que construye. Se liga a la recomendaciones de la NOM para el diseño de tuberías, válvulas de seccionamiento y control, separación de tuberías, control de la corrosión externa en tuberías de acero enterradas y/o sumergidas, etc (Figura 6). Zonificación Geotécnica En esta ciudad existe una fuerte correlación entre la distribución espacial de las manifestaciones negativas de los suelos y la ubicación de los sedimentos lacustres. Sólo basta recordar los efectos devastadores del gran sismo de 1985 para fundamentar la certeza de que las características y propiedades del subsuelo de la ciudad de México desempeñan un papel primordial en las más desastrosas situaciones en la modernidad de la urbe. Para los efectos de diseño sísmico de las estructuras, las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo, consideran una zonificación estratigráfica del Distrito Federal (artículo 170 del Reglamento). Las zonas se declaran como I, II y II, siendo las etiquetas que se dan a depósitos fundamentalmente compuestos de materiales firmes para la Zona I, sedimentos lacustres para la Zona III y la transición entre estas dos zonas se conoce como la Zona II. Adicionalmente, la zona III se divide en cuatro subzonas (IIIa, IIIb, IIIc y IIId). El sistema georreferencia estas zonas y ofrece una descripción detallada en cada situación LAT, LONG de lo que significa usar cada tipo de suelo para ciertas acciones civiles, además alerta sobre situaciones en las que la peligrosidad de la heterogeneidad de los depósitos conduce a la obligada exploración in situ. Periodos predominantes Pese a su gran distancia epicentral (280 a 600 km a las zonas generadoras de sismos con repercusión en la metrópoli) la ciudad es particularmente vulnerable ante sismos de subducción porque el tipo de ondas que llegan son ricas en periodos que sufren menos atenuación y experimentan amplificación al atravesar las arcillas del lago. La importancia de conocer el periodo predominante del suelo en un sitio SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. 6 Un ambiente para el análisis del diseño, construcción y operación segura de gasoductos dado, está en que debe evitarse construir allí estructuras con periodos similares. En esta aplicación se ofrece al usuario la posibilidad de explorar este parámetro en conjunto con las edificaciones aledañas para decidir sobre la dificultad de atravesar ciertas zonas. Además se otorga la posibilidad de analizar qué sitios podrían amplificar mayormente cierto tipo de sismos y por tanto contener un mayor potencial de ocurrencia de movimientos de superficie severos. La información se compila a partir de lo declarado en el reglamento vigente (Tomo II, No.103-BIS de las NTC del Reglamento de Construcción del Distrito Federal). De alguna manera, general y simplista, se está tomando en cuenta la recomendación de cuantificar los efectos de interacción suelo-estructura cuando se construye en la ciudad de México. Construcciones Prehispánicas Para entender las posibles causas del mal comportamiento de estructuras antiguas y recientes en la ciudad de México, es necesario conocer el pasado de este gran orbe. Se sabe que existen sitios particulares en los que la estratigrafía local difiere significativamente de la considerada como típica de cada zona, siendo en muchos casos la razón de esta situación la presencia de estructuras prehispánicas enterradas como calzadas, tlateles, diques, chinampas, etc. Estas estructuras modifican entonces la secuencia propia de su zona geotécnica, por lo que se etiquetan como anomalías. Las anomalías han sido responsables de múltiples problemas de comportamiento de cimentaciones que repercuten gravemente en las estructuras y en las edificaciones. Es fundamental reconocer la presencia de alguna construcción en el subsuelo, caracterizarla y en consecuencia determinar el nivel de daño que se pueda ocasionar al elemento enterrado (González, 1968). El ambiente instala “virtualmente” la construcción en el sitio en que se explora y permite al usuario tomar decisiones al respecto de explorar someramente en campo, tomar muestras o realizar sondeos a profundidad. Figura 6. Mapas georreferenciados de parámetros geotécnicos, sísmicos y urbanos . SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C. XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica Caracterización Geológica La juventud geológica relativa de la región y su actividad volcánica, combinadas con un clima templado húmedo, crean un paisaje de peligros naturales abundantes. Las características hidrogeológicas de la cuenca del valle de México han cambiado drásticamente, especialmente en la porción sur, donde la presencia humana ha sido un factor importante desde los tiempos de la capital azteca de Tenochtitlán. Un análisis cuidadoso de las condiciones geológicas en el escenario de la planificación del terreno, antes de empezar el desarrollo, puede ayudar a reducir los riesgos de cada uno de los peligros naturales. Este mapa dinámico caracteriza de acuerdo con las reglamentaciones vigentes y es el esqueleto más abierto hasta el momento (Secretaría de Protección Civil del Distrito Federal, 2010). Riesgos Geológicos Los peligros geológicos son un conjunto de amenazas (derivadas de procesos geológicos) a los recursos y las actividades humanas que se miden cuantificando las pérdidas provocadas por un determinado evento. Una clasificación simplificada de los principales fenómenos geológicos relacionados con peligros potenciales se ofrece al usuario en un mapa que hace las veces de índice georreferenciado de peligrosidad. Los peligros, sin ser ampliamente descritos, enuncian el nivel de riesgo de las zonas estudiadas y permite prevenir en cierta medida desastres mayores a través de ejercer medidas de mitigación apropiadas. Los resultados de extensas investigaciones sobre manifestaciones y eventos han sido traducidos en forma accesible para los no científicos, y existen a disposición del público en general mapas que muestran los niveles de peligro histórico actuales y Cancún, Qr., 14 a 16 de noviembre de 2012 potenciales en la ciudad de México (Servicio Geológico Mexicano, 2009). Este visor no pretende dictar las pautas de remediación ni las acciones que los constructores deben tomar. El diseñador de la obra continua es responsable de la conclusión que alcance acerca del tipo de estructura (tubería, válvulas, lectores, etc.) y las afectaciones probables. 4 CONCLUSIONES La intención de esta aplicación es desarrollar soluciones dinámicas y flexibles para la gestión de riesgos en gasoductos enterrados y mejorar la calidad, seguridad y desempeño de las instituciones de suministro de gas. Este tipo de administración de datos permite de manera más transparente categorizar el nivel de seguridad, reducir costos y optimizar tiempos de ejecución de proyectos complejos. REFERENCIAS García, S., Mendoza, M. & Ovando-Shelley, E., (2013). “Cognitive Management of Gas Supply during Seismic Emergency”, 5th International Geotechnical Symposium-Incheon. Gobierno del Distrito Federal (2004) “Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal” Gobierno del Distrito Federal (2004) “Normas Técnicas Complementarias para Diseño Por sismo” González Aparicio, Luis (1968) “Plano reconstructivo de la región de Tenochtitlan al comienzo de la conquista” Secretaría de Protección Civil del Distrito Federal, (2010) “Mapa Geológico del D.F” Servicio Geológico Mexicano (2009)”Carta Geológica Minera (D.F., Edomex. y Morelos” SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.