Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Los daños más significativos en las geomembranas ocurren mientras estas son cubiertas con materiales tales como suelo, grava o concreto. Las fugas que se generan pueden ser identificadas utilizando el método de localización eléctrica de fugas (ELL, por sus siglas en inglés) el cual está estandarizado por la norma ASTM 7007. La efectividad de dicho método depende de las condiciones del lugar, las cuales pueden ser muy variables, la norma ASTM 7007 proporciona poca información acerca de cómo se debe preparar un sitio de forma adecuada para la aplicación de este método. Los procedimientos de la norma no representan apropiadamente la efectividad para localizar una fuga real. La norma no controla muchas variables a las cuales se les debe dar un manejo adecuado para que el material tenga un funcionamiento óptimo.

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Según la ASTM D7007, el “éxito” del método depende del test de la Distancia para la Detección de Fugas (LDD). Esta prueba se realiza midiendo el voltaje en algún punto que cuente con o sin una fuga.  Cuando la fuga no se encuentra en su lugar, las mediciones son utilizadas para cuantificar el “ruido ambiental”, el cual está asociado al voltaje intrínseco con el que cuenta el material que cubre la geomembrana. En el caso que sí exista una fuga, las mediciones se consideran para cuantificar la “señal de la fuga”, la cual incluye el “ruido ambiental” de las mediciones de voltaje del material de la cubierta. La ASTM D7007 determina que la “señal de la fuga” debe ser por lo menos tres veces la magnitud de la señal del “ruido ambiental” en el test LDD. La razón entre la “señal de la fuga” y el “ruido ambiental” se denomina valor “R”, que se toma como un indicador de la sensibilidad de detección de fugas del sitio.

La ASTM D7007 especifica dos tipos de procedimientos para el test LDD, uno utilizando una fuga artificial y el otro utilizando una fuga real. En ambos casos, las fugas son ubicadas justo antes de que se realice el método dipolo, asegurando un buen contacto del material conductor con la geomembrana, con el objetivo de que se pueda verificar la idoneidad y sensibilidad del método. Por lo tanto, un test LDD realizado de forma exitosa, no garantiza que fugas reales en la geomembrana van a ser detectadas según las condiciones del sitio. Una fuga artificial construida y ubicada por el método ASTM D7007 ejemplifica un contacto “excelente”, lo cual no es siempre una realidad para las fugas reales en el sitio. Una fuga real puede tener un contacto mejor o peor respecto a una fuga artificial, por lo que la señal producida por distintas fugas, que cuentan con contactos en diferentes condiciones puede variar en importantes magnitudes. La señal producida por una fuga está más relacionada con su contacto eléctrico que con el tamaño real del hueco que la produce. Si el contacto no es bueno, es probable que la fuga no pueda ser detectada.

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Figura 1. Ejemplo de visualización de datos en la ejecución del método de dipolo en geomembrana cubierta por suelo como se proporciona en el Apéndice de ASTM D7007: (a) Análisis de datos gráficos, (b) Mapa de contorno de voltaje. Fuente: ASTM D7007

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Figura 2. Mapa de Contorno de Voltaje del Caso de Estudio 1

Debido a la gran cantidad de parámetros que afectan el método, los propietarios de los sitios generalmente no conocen las restricciones y los pasos técnicos para realizar una fuga oculta que cumpla con las restricciones del método dipolo. No obstante, si se tienen en cuenta las limitaciones técnicas en la ejecución de fugas, es más apropiado realizar una fuga oculta en el momento de la instalación de la geomembrana, que realizar pruebas LDD con una fuga artificial o real según la ASTM D7007. Esta fuga oculta contará con condiciones similares a las fugas reales que ocurren durante la colocación del material sobre la geomembrana, en las actividades de construcción regulares.

La norma ASTM D7909 proporciona una guía para la ejecución de fugas ocultas reales en geomembranas. Este estándar provee procedimientos y explica los parámetros más importantes en el éxito de detectar una fuga real: si una fuga tiene un buen contacto eléctrico, lo que generalmente significa que hay humedad y/o suelo dentro de la fuga (lo cual permitirá que la corriente la atraviese) entonces la fuga debe ser detectable. Si no lo hace, probablemente no será encontrada.

Los datos se recopilan en un patrón de cuadrícula en toda el área de aplicación del método para después ser analizados, con el objetivo de detectar la presencia de señales de fuga. En el caso de las geomembranas cubiertas de suelo, la norma ASTM D7007 requiere la recopilación y análisis de los datos, pero no se indica cómo se presentará y analizará esta información. La norma ASTM D7007 solo presenta en el Apéndice la descripción de dos ejemplos de visualización de datos con un resumen de los pasos generales en el análisis de datos para cada uno: el Análisis de Datos Gráficos y el Mapa de Contorno de Voltaje (Figura 1).

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Figura 3. Mapa de Contorno de Voltaje del Caso de Estudio 2

Si bien, la norma ASTM D7007 recomienda solamente en los casos que resulte práctico, el aislamiento del material de cobertura de la capa conductora debajo de la geomembrana que se prueba, en la experiencia se ha descubierto que este aislamiento es fundamental.

Por otro lado, la norma ASTM D7909 es una guía para ubicar fugas reales y para verificar las condiciones del sitio y determinar la efectividad del método. A continuación, se resumen cuatro casos de estudio, realizados en diferentes proyectos en EE. UU., que muestran con datos reales las incoherencias de los criterios y procedimientos de la norma ASTM D7007.

En todos los casos de estudio, se realizaron los ensayos utilizando equipos desarrollados por TRI Environmental, Inc. Las medidas se visualizan automáticamente con el uso de un equipo de adquisición de datos y un GPS de gran precisión. Además, el método estándar utilizado para el análisis de datos es el mapa de contorno de voltajes.

Caso de Estudio 1: Fuga Real vs Fuga Artificial:

La sección transversal del área de estudio del caso 1 de arriba a abajo es la siguiente: 0,6 m de material yeso en la cubierta – geomembrana HDPE con soporte conductor de 2,0 mm – subrasante. El mapa de contorno de voltaje de la Figura 2, corresponde a un área donde se ubicaba una fuga artificial de 6,4 mm de diámetro y una fuga oculta real de 6,4 mm de diámetro. Cada marca del mapa es la ubicación de una lectura de voltaje dipolo. El electrodo inyector crea la polaridad con voltaje negativo a la derecha (rojo a azul) y voltaje positivo a la izquierda (verde a amarillo). Por lo tanto, las fugas se reconocen con la polaridad opuesta, es decir, con pico positivo a la derecha de un pico negativo (un pico de voltaje se caracteriza por círculos concéntricos estrechamente espaciados). La fuga artificial se veía fácilmente en el mapa de voltaje, mientras que la fuga real del mismo tamaño apenas se podía ver. De hecho, la fuga oculta no sería visible en absoluto, si la asignación de voltaje no se hubiera utilizado en el sitio. La fuga oculta no produjo una señal de fuga detectable en su ubicación; más bien, cambió la forma del mapa de voltaje en la esquina del área donde estaba ubicada.

Un indicador de la ocurrencia de una fuga es que se polariza todo el campo detrás de ella. La fuga artificial polarizó fuertemente el campo detrás de ella a una distancia de aproximadamente 23 m del borde del área de estudio. En el caso de la fuga oculta, también polarizó el campo detrás de ella, pero no con fuerza. Sin embargo, toda la esquina detrás de la fuga oculta estaba polarizada al borde del área de estudio, a más de 60 m de distancia. La fuga oculta solo se puede encontrar en una inspección más cercana de la vecindad inmediata del punto en el que la tensión pasa de un rango altamente positivo a un valor de cero.

Caso de Estudio 2: Preparación Adecuada del Sitio

La sección transversal del área de estudio del caso 2 de arriba a abajo es la siguiente: 0,45 m de geocompuesto drenante de grava – geomembrana HDPE primaria de 1,5 mm – geocompuesto drenante – geomembrana secundaria HDPE de 1,5 mm – GCL – subrasante, el método se ejecutó en la geomembrana primaria. Se crearon dos fugas reales de 6,4 mm de diámetro en el sistema de revestimiento: la primera fuga real se utilizó para las pruebas LDD y la segunda se trató como una “fuga oculta”. Dado que para llevar a cabo el método del dipolo, ambos materiales, debajo y arriba de la geomembrana, deben ser eléctricamente conductores, se llenó el núcleo de los geocompuestos drenantes con agua. El electrodo inyector de corriente, se colocó en el agua en el área del sumidero durante la recolección de los datos. Sin embargo, debido a la configuración del sitio, el aislamiento del material superior debajo de la geomembrana fue pobre y afectó negativamente la detección de señales de fuga.

En la Figura 3, la fuga para las pruebas LDD fue fácil de observar en el mapa de voltaje (lado derecho), mientras que la fuga oculta de exactamente las mismas dimensiones era invisible (círculo naranja en el lado izquierdo). La fuga de corriente a lo largo de los lados del área fue causada por un camino de acceso que no estaba bien aislado, y un geocompuesto húmedo conectado a la celda del vertedero activo adyacente (Figura 3). Estas limitaciones no se pudieron abordar completamente debido a la configuración y operación del sitio. Se intentó detectar la fuga, mojando el área donde se ubica, eliminando el material de cubierta pero inclusive de esta manera no fue posible encontrarla. Solamente cuando se humedecía la fuga directamente, fue posible detectarla.

Caso de Estudio 3 y 4: Comparación de la “detección” de fugas

La sección transversal del área de estudio del Caso 3 de arriba a abajo es la siguiente: 0,6 m de material arenoso – geotextil – geomembrana HDPE de 1,5 mm – GCL – subrasante. La sección transversal del área de estudio del Caso 4 de arriba a abajo es la siguiente: 0.6 m de suelo – geomembrana HDPE de 1.5 mm – subrasante. Los mapas de contorno de voltaje usando la misma fuga artificial del caso de estudio 3 (valor “R” de 7,2) y el caso de estudio 4 (valor “R” de 17,6) se presentan en la figura 4 y la figura 5, respectivamente.

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Figura 4. Mapa de Contorno de Voltaje del Caso de Estudio 3

La ASTM D7007 establece como la base de la sensibilidad para la detección de fugas, el valor “R” de un sitio. No obstante, se evidencia en la Figura 4, y en el cálculo del valor “R”, que la distancia para la detección de fugas no se refleja en el cálculo del valor “R” como sugiere la norma ASTM D7007. La fuga artificial en el sitio del Caso 3 con un R de 7.2 se puede observar desde al menos 24 m de distancia (Figura 4). La fuga artificial en el sitio del Caso 4 con una R de 17.6 apenas se puede detectar desde 3 m de distancia (Figura 5).

Maximización de la Efectividad de la Localización Eléctrica de Fugas en Geomembranas

Figura 5. Mapa de Contorno de Voltaje del Caso de Estudio 4

Conclusiones:

  • Los datos presentados demuestran que la relación señal/ruido, en forma de un valor “R” según la ASTM D7007, no son necesariamente un buen indicador de qué tan fácil es detectar una fuga eléctricamente.
  • Si una fuga no tiene un buen contacto eléctrico, independientemente del tamaño de la fuga, no es probable que sea detectable.
  • Los mapas de contorno de voltaje muestran de forma inmediata que se realizó un ensayo de forma completa y correcta. Marcas de verificación pueden ser agregadas en las zonas de medición para indicar las áreas que fueron estudiadas. Estos mapas, también permiten que se observen fugas con señales débiles, incluso las que no muestran un cambio en la polaridad. También muestran los lugares en donde las fugas actuales están comprometiendo la sensibilidad del método.

Este artículo fue tomado de las memorias de Geosynthetics 2017 y fue presentado por Julio Ferreira de TRI Ambientel, Brazil.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Conoce cómo se procesan los datos de tus comentarios.