riesgo de rotura de ductos en cruces con …media.arpel2011.clk.com.uy/ipg/cdebandi.pdf01/07/2019 9...
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RIESGO DE ROTURA DE DUCTOS EN CRUCES CON CAUCESAnálisis cuantitativo de la amenaza, de la
vulnerabilidad y de las consecuencias
Carlos Debandi
Fernando Martearena
Natalia Roth
Introducción a los accidentes “Natech”• Los eventos naturales
• Deslizamientos de tierra
• Sismos
• Erupciones volcánicas
• Crecidas e inundaciones
• Los eventos tecnológicos• Nubes tóxicas
• Incendios y explosiones
• Derrames
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La geoamenaza hídrica y la integridad de los ductos• La erosión en cauces es el peligro natural más común y más activo en el
riesgo de rotura de ductos
• Frente a la geoamenaza por erosión, el análisis de riesgo evalúa:• ¿Puede quedar expuesto? ¿Puede romperse?
• ¿Cuál es la probabilidad de que ocurra?
• ¿Cuáles son las consecuencias?
Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión
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Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión
Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión
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Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión
Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión
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Génesis de la metodología desarrollada
• El requerimiento de YPF de contar con una herramienta de apoyo para la toma de decisiones.
• El Manual de Manejo del Riesgo de Ductos de Muhlbauer (Indice de Probabilidad de Falla por corrosión, terceros, operación incorrecta, capacidad).
• La experiencia en el manejo de los eventos “natech” y de las geoamenazas.
• Las investigaciones en el análisis de tensiones y deformaciones de ductos debidas a fuerzas hidrodinámicas.
• Las investigaciones sobre material de arrastre en cauces.
• La experiencia local en geoamenazas hídricas.
Los objetivos
• En nuevos proyectos:• Diseñar cruces de bajo riesgo
• Establecer un plan de monitoreo
• En cruces existentes:
• Cuantificar el riesgo y las consecuencias de una rotura
• Establecer un plan de mitigación y de monitoreo
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Búsqueda de una metodología de manejo del riesgo. Sus requisitos:
• Debe poder ser documentada.
• Debe poder ser reproducida.
• Sus resultados deben ser cuantificables.
• Debe poder conformar una base de datos histórica.
• Debe perdurar en el tiempo.
Definiciones RIESGO = Amenaza x Vulnerabilidad
Las amenazas asociadas a fenómenoshídricos:
• Amenaza por inundación.
• Amenaza por erosión y sedimentación en superficie.
• Amenaza por erosión generalizada en cauces.
• Amenaza por erosión de márgenes.
La vulnerabilidad es lapredisposición a ser afectado o deser susceptible a sufrir un daño.
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Definiciones
Consecuencias:
• Impactos ambientales
• Impactos económicos
SEVERIDAD DEL RIESGO = Amenaza x Vulnerabilidad x Consecuencias
Metodología del análisis, evaluación y manejo del riesgo
• Cuantificación de la amenaza
• Cuantificación de la vulnerabilidad
• Evaluación cuantitativa del riesgo
• Cuantificación de las consecuencias
Evaluación cuantitativa del riesgo
Análisis del riesgo
Severidad del riesgo
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Amenaza por erosión generalizada
Determinación de la profundidad de erosión
• Delimitación de cuencas
• Cálculo de caudales
• Geometría del cruce
• Granulometría del lecho
• Aplicación del método
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 6 12 18 24
Inte
nsid
ad (m
m/h
)
Duración (horas)
I-D-F Paso de Indios
TR= 2 años
TR= 5 años
TR= 10 años
TR= 25 años
TR= 50 años
TR= 100 años
Elemento
Hidrológico
Área
Drenada
km2
Descarga
Pico
m3/s
Tiempo al Pico Volumen
x 1000m3
C-01 0.2 1.8 20jul2016, 01:40 4.10
C-02 1.1 7.5 20jul2016, 01:55 23.03
C-03 0.3 3.0 20jul2016, 01:40 6.93
648,00
649,00
650,00
651,00
652,00
7,11 7,14 8,02 8,32 9,44 11,96 13,50 14,80 15,37 16,65 16,97 19,56 20,01
Ele
vaci
ón
[m]
Distancia Lateral [m]
Socavación General en Sección de Cruce 24
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Cuantificación de la amenaza por erosión generalizada
Denominación Símbolo Criterio de Valoración de la Amenaza
Muy Baja B- La erosión calculada es menor que el 20% de la tapada mínima
Baja B+ La erosión calculada se ubica entre un 20% y un 35% de la tapada mínima
Moderada M La erosión calculada se ubica entre un 35% y un 65% de la tapada mínima
Alta A La erosión calculada es mayor que el 65% de la tapada mínima
Influencia de las obras existentes en la valoración de la amenazaCriterios:
• Obras con diseño adecuado y en buen estado
• Obras con diseño adecuado en regular estado
• Obras con diseño adecuado en mal estado u obras con diseño inadecuado
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Vulnerabilidad del ducto
• Esfuerzos hidrodinámicos
• Vibraciones debidas al desprendimiento de vórtices
Cuantificación de la vulnerabilidad
Relación de Luz Libre FSR (Free Span Ratio):
• Lexp: longitud expuesta de la tubería.
• Lmáx: máxima longitud libre permitida que puede resistir una tubería.
La vulnerabilidad de la tubería es inversamente proporcional a FSR:
expL
LFSR máx=
FSRVul
1∝
Lmáx
Lexp
Lmáx
Lexp
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Cálculo de Lmáx
por fuerzas hidrodinámicas
Fuerzas actuantes:
• Fuerzas hidrodinámicas, las que incluyen la fuerza de arrastre transversal FD, la fuerza de inercia FI y la fuerza de elevación FL
• Fuerza de boyamiento Ff
• Fuerza por peso propio de la tubería y del fluido transportado W
Cálculo de Lmáx:
( )
−−=e
pDDD
DqL e
admie
ewz
máx44
44 σπ
Influencia del material de arrastreLas fuerzas hidrodinámicas sobre el ducto aumentan si hay material de arrastre atrapado en él:
Espesor= f(largo del tronco)
Largo del tronco= f(vegetación, ancho del cauce)
Cálculo del De equivalente:
ee kDD ='
0.708
t
D
L0.94
=k
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Cálculo de Lmáx
por vórtices
Si el ducto oscila a una frecuencia cercana a su frecuencia natural pueden desarrollarse fuerzaspotencialmente destructivas.
Cálculo de las frecuencias:
2.0≈=c
st
U
DfS
M
EI
L
kf n 22
π=
ns ff 7.0≤
m
EI
U
DCL
c
f5.3=
Cálculo de Lmáx
por vórtices
Factores que mitigan las vibraciones:
• Exposición incompleta del ducto
• L/D<30
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Evaluación cuantitativa del riesgo de rotura
En cruces existentes
• ¿Qué inspecciono?
• ¿Qué información necesito?
• ¿Cuáles son las tareas de mitigación prioritarias?
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Erosión generalizada (Sí/No) Erosión márgenes (Sí/No) Dragado periódico (Sí/No)
Erosión localizada/retrocedente (prof.) m Nuevo cauce (Sí/No) Escombros (Sí/No)
Distancia al ducto erosión loc./retroc. m Meandros activos (Sí/No) Acumulación de vegetación (Sí/No)A. Arriba, A. Abajo, Sobre
ESQUEMA DEL CRUCE
AMENAZAS
Verticales Fuerzas ExternasHorizontales
FIRMA INSPECTORARCHIVOS ASOCIADOS
Fecha Inspector Área de Concesión Coordenadas
Cauce Identificación Cruce Ducto
Ninguna Anclajes Ninguna Enrocado Badén Dique longitudinal
Hormigón Gunitado Umbral de hormigón Umbral de geotubos Umbral de gaviones
Contrapesos Tablestacas Otra (indicar)
Otra (indicar)
Cauce Lago Costa Otro Descubierto (Sí/No) En vertical m En horizontal m
Ángulo (eje de cauce con eje de ducto) ° (< 90°) Tapada m Diámetro m Material
Ancho del cauce en el lecho m Recubrimiento Dañado (Sí/No)
Ancho del cauce entre márgenes m Fluido
Altura de la margen m Manning estimado
Tirante de agua estimado m Válvula de corte (Sí/No) Manual/Automática
Distancia aguas arriba m Distancia aguas abajo m
Roca % Arena % Grava %
Cohesivos % Canto rodado % Pastizal (Sí/No) Arbustos (Sí/No) Árboles (Sí/No)
Longitud fibras o ramas m
Roca % Arena % Grava %
Cohesivos % Canto rodado % Erosión en el pie (Sí/No) Grietas (Sí/No)
RELEVAMIENTO DE CRUCE DE DUCTO CON CUERPO DE AGUA
CARACTERISTICAS DEL CRUCE
Protección del Ducto Obras de Control de Erosión (Indicar estado: B= bueno; R= regular; M= malo)
Cuerpo de Agua Ducto
Estado de las Márgenes
Material del Lecho
Material de las Márgenes
Válvulas de Corte
Vegetación en el Área Circundante al Cauce
Cruces existentes
Cruces existentes
41 42 83 84 85 86
Valor
Vulnerabilidad
Valor
FSR
Causa
Calificación Corregida
Alta Alta 0.32 3.17 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo
Alta Alta 0.17 5.89 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo
Alta Alta 0.17 5.87 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo
Alta Alta 0.46 2.16 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo
RIESGO
Cauce Vulnerabilidad
Probabilidad de Exposición
78 79 80 81 82
Frecuencia
Natural Tubería
fn
Frecuencia
Vórtices
Lóngitud
Máxima
Admisible
Relación de Luz
Libre
FSR
Vulnerabilidad
Vórtices
Hz Hz
86.25 4.55 8.22 4.11 0.24
151.81 2.28 15.42 7.71 0.13
151.81 2.28 15.39 7.70 0.13
59.43 6.85 5.56 2.78 0.36
Desprendimiento de Vórtices
69 70 71 72 73 74 75 76 77
Fuerzas
Verticales
Fuerza
Total
Momento
Flector
Tensión
Momento
Flector
Tensión Presión
de Tabajo
Tensión Total Longitud
Máxima
Admisible
Relación de
Luz Libre
FSR
Vulnerabilidad
Fuerzas
Hidrodinámicas
N/m N/m Nm N/m2 N/m2 N/m2 m
3571.0 5181.0 2590.5 23306777.9 5442857.1 28749635.1 6.34 3.17 0.32
4303.9 6291.8 3145.9 6600243.2 10885714.3 17485957.5 11.78 5.89 0.17
4332.8 6332.7 3166.3 6643100.1 10885714.3 17528814.4 11.75 5.87 0.17
3227.4 4657.7 2328.9 50559822.1 3628571.4 54188393.6 4.32 2.16 0.46
Fuerzas Hidrodinámicas
59 60 61 62 63 64 65 66 67 68
Coeficiente
CD
Coeficiente
CL
Coeficiente
CM
Fuerza de
Arrastre FD
Fuerza de
Elevación FL
Fuerza de
Inercia FI
Fuerza de
Flotabilidad Ff
Peso Propio
W
Masa
Específica
Fuerzas
Horizontales
N/m N/m N/m N/m N/m kg/m N/m
0.70 0.70 1.50 3753.8 3753.8 0.0 178.9 361.7 36.9 3753.8
0.70 0.70 1.50 4589.5 4589.5 0.0 715.8 1001.4 102.1 4589.5
0.70 0.70 1.50 4618.4 4618.4 0.0 715.8 1001.4 102.1 4618.4
0.70 0.70 1.50 3358.3 3358.3 0.0 79.5 210.5 21.5 3358.3
Fuerzas Hidrodinámicas
51 52 53 54 55 56 57 58
Tensión
Admisible
Modulo de
Elasticidad
Fluido
Transportado
Peso
Específico
Fluido
Espesor
Pared
Presión de
Trabajo
Momento
de Inercia I
Módulo
Resistente W
N/m2 N/m2 kg/m3 m N/m2 m4 m3
240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 8.5E-06 0.00011
240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 7.3E-05 0.00048
240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 7.3E-05 0.00048
240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 2.3E-06 0.00005
Ducto
44 45 46 47 48 49 50
Diámetro
Exterior
Longitud Media
Material de Arrastre
Coeficiente k Diámetro
Incrementado
Estado Material Peso Específico
Material
m m m kg/m3
0.1524 2 5.85 0.89 Activo Acero 7500
0.3048 2 3.57 1.09 Activo Acero 7500
0.3048 2 3.57 1.09 Activo Acero 7500
0.1016 2 7.80 0.79 Activo Acero 7500
Ducto
2 36 37 38 39 40 41 42 43
Número de
Reynolds
Diseño (C/I) Estado (B/R/M) Valor Calculado Nivel Nivel Corregido Calificación Corregida
1a 93% 4 4 Alta Alta 997009.0
1b 93% 4 4 Alta Alta 997008.5
1c C R 93% 4 4 Alta Alta 1006229.1
3a I R 93% 4 5 Alta Alta 1006229.1
Cauce
Probabilidad de ExposiciónObra de Protección
Diseño Correcto/Incorrecto
Estado Bueno/Regular/Malo
ID Cruce
2 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Velocidad Caudal Aceleración
Transversal
Radio
Hidráulico
d84 α β x hs Erosión
m/seg m3/seg m/seg
2 m m m m
1a 3.47 2.00 0.0 0.22 0.0030 7.95 0.82 0.72 1.22 0.93
1b 3.47 2.00 0.0 0.22 0.0030 7.95 0.82 0.72 1.22 0.93
1c 3.48 2.02 0.0 0.22 0.0030 7.87 0.82 0.72 1.22 0.93
3a 3.48 2.02 0.0 0.22 0.0030 7.87 0.82 0.72 1.22 0.93
CauceID Cruce
2 16 17 18 19 20 21 22 23 23 25
Diferencia de
Cotas Lecho -
Márgenes
Peso
Específico
del Agua
Caudal Recurrencia
TR
Pendiente Tirante Perímetro
Mojado
Área Be hm
m kg/m3 m3/seg años m/m m m m2 m m
1a 0.4 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29
1b 0.5 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29
1c 0.2 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29
3a 0.2 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29
CauceID Cruce
2 9 10 11 12 13 14 15
Ancho de Fondo Ángulo Eje de
Cauce con Eje de
Ducto
Ancho de Fondo
Corregido
Ancho de Cauce
en Márgenes
Tapada Distancia Tubería
- Lecho
n
Manning
m ° m m m m
1a 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020
1b 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020
1c 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020
3a 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020
CauceID Cruce
1 2 3 4 5 6 7 8
Latitud Longitud
05/08/2015 1a D-03-05 DUGCAU06USP11CE01C -38.517622 -68.610145 kmz\1a.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1a!A1
05/08/2015 1b D-03-05 DUCGUSP11L1900 -38.517622 -68.610145 kmz\1b.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1b!A1
05/08/2015 1c D-03-05 DUGCAU08USP11CE01G -38.517622 -68.610145 kmz\1c.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1c!A1
05/08/2015 3a D-03-05 CANLLL394 -38.519818 -68.611000 kmz\3a.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P3b!A1
Planilla Relevamiento
Fecha
Relvamiento
ID Cruce
Cauce Ducto
Coordenadas
KMZ
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Cruces existentes
Latitud Longitud
Estado Fluido
Transportado
Valor
FSR
Causa
Calificación Corregida
17a C-09-07 DUCPPTG01EBBLLL -38.485361 -68.616478 Alta Alta Activo Petroleo 0.50 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
19d C-09-06 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.486404 -68.617450 Alta Alta Activo Petroleo 0.45 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
20e C-09-05 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.486786 -68.616968 Alta Alta Activo Petroleo 0.42 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
23a C-10-01 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.492440 -68.610418 Alta Alta Activo Petroleo 0.52 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
27c C-08-15 DUCPPTG01EBBLLL -38.479833 -68.625939 Alta Alta Activo Petroleo 0.51 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
28a C-08-15 DUCPPTG01EBBLLL -38.479630 -68.625897 Alta Alta Activo Petroleo 0.67 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
30a C-08-15 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.478832 -68.625123 Alta Alta Activo Petroleo 0.19 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
40 C-07-17 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.460868 -68.635587 Alta Alta Activo Petroleo 0.19 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
41a C-07-17 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.460734 -68.635406 Alta Alta Activo Petroleo 0.21 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
50a C-07-17 DUCPPTG01EBBLLL -38.468510 -68.643839 Alta Alta Activo Petroleo 0.78 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
55b C-10-02 DUCPPTG01EBBLLL -38.492940 -68.603483 Alta Alta Activo Petroleo 0.72 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
56a C-10-01 DUCPPTG01EBBLLL -38.492545 -68.604077 Alta Alta Activo Petroleo 0.72 Fuerzas Hidrodinámicas Alto
16c C-09-07 DURELLLCENTES -38.482230 -68.610854 Alta Alta Activo Petroleo 1.18 Fuerzas Hidrodinámicas Medio
21b C-10-01 DURELLLCENTES -38.491760 -68.608803 Alta Alta Activo Petroleo 1.94 Fuerzas Hidrodinámicas Medio
34a C-11-07 DUCPPTG01EBBLLL -38.474465 -68.633907 Alta Alta Activo Petroleo 1.64 Fuerzas Hidrodinámicas Medio
60 C-08-18 DURELLLCENTES -38.478783 -68.611655 Alta Alta Activo Petroleo 1.53 Fuerzas Hidrodinámicas Medio
32a C-11-03 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.470564 -68.630480 Alta Alta Activo Petroleo 2.52 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo
32c C-11-03 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.470564 -68.630480 Alta Alta Activo Petroleo 2.52 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo
45a C-11-04 DUCPPTG01EBBLLL -38.471410 -68.638867 Alta Alta Activo Petroleo 7.40 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo
47a C-11-04 DUCPPTG01EBBLLL -38.471357 -68.639078 Alta Alta Activo Petroleo 14.56 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo
48a C-11-04 DUCPPTG01EBBLLL -38.471226 -68.639281 Alta Alta Activo Petroleo 14.56 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo
RiesgoDuctoCauce Vulnerabilidad
Probabilidad de Exposición
ID
Cruce
Cauce Ducto Coordenadas
Análisis de las consecuencias de la falla• Consecuencias ambientales:
• Impactos físicos.• Impactos químicos o toxicológicos.• Impactos ecológicos.
• Consecuencias económicas:• Costos directos debido a la interrupción de las
operaciones.• Costos directos por daños en las instalaciones y
remediación.• Costos indirectos.
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Consecuencias económicas
• Pérdidas económicas por la detención de la producción
• Costos de reparaciones y remediaciónDefinición
Muy altos costos de implementación (más de US$ 500.000)
La implementación requeriría más de 200 días.
Altos costos de implementación (entre US$ 100.001 y US$ 500.000)
La implementación requeriría entre 101 y 200 días.
Costos intermedios de implementación (entre US$ 10.001 y US$ 100.000)
La implementación requeriría entre 50 y 100 días.
Bajos costos de implementación (entre US$ 1.001 y US$ 10.000)
La implementación requeriría entre 11 y 50 días.
Costos nulos o muy bajos costos de implementación (menos de US$ 1.001)
La implementación requeriría menos de 10 días.
Puntaje
Muy Alto 1
Alto 2
Medio 3
Bajo 4
Muy Bajo 5
Manejo del riesgo• Reducir la contribución de los factores que intervienen en su formación.
• La prioridad de la mitigación suma la valoración de los siguientes factores• Evaluación del riesgo
• Impacto potencial
• Costos de mitigación
Riesgo Impacto CostoMuy Alto= 10 Muy Alto= 10 Muy Alto= 1
Alto= 8 Alto= 8 Alto= 2
Medio= 6 Medio= 6 Medio= 3
Bajo= 4 Bajo= 4 Bajo= 4
Muy Bajo= 2 Muy Bajo= 2 Muy Bajo= 5
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Acciones de mitigación
Mitigación de la amenaza• Reducir el valor de la erosión
generalizada:• Disminuir el caudal del escurrimiento.• Disminuir la velocidad del escurrimiento.• Modificar la granulometría del material del
lecho del cauce.• Reducir el tirante de agua.• Modificar la traza del tendido para evitar
cruces en secciones de cauce con valores altos de erosión generalizada.
• Ejecutar una obra transversal que mantenga estable el nivel del lecho aguas arriba de ella.
• Colocar la tubería a una profundidad mayor.
• Efectuar el cruce aéreo del cauce.
Acciones de mitigaciónMitigación de la vulnerabilidad
• Reducir el ancho del cauce (debe ser analizada cuidadosamente).
• Modificar las características mecánicas del ducto en la sección de cruce.
• Establecer sistemas de alerta temprana para activar acciones como reducción de la presión, reducción del caudal, etc.
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Señalización e inspección
Obras de señalización:
• Líneas de estacas en márgenes.
• Medición de caudales.
• Sensores de erosión
Inspecciones:
• Periódicas
• Luego de precipitaciones intensas
Ventajas de la metodología utilizada• Reducción del riesgo
• Disponibilidad de la Información
• Ahorro de Recursos
• Identificación Temprana de Riesgos
• Objetividad
• Conocimientos a Nivel Corporativo
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Preguntas
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25 de junio de 2019Cursos Pre-Conferencia26 y 27 de junio de 2019Conferencia y Exhibición
Universidad Católica Argentina (UCA) Buenos Aires, Argentina
MUCHAS GRACIAS.
Carlos [email protected]
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