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DAÑO EN LOSA DE PISO DEL CUARTO DE CONTROL DE LA CE NTRAL TERMOELÉCTRICA

SALAMANCA DE C.F.E., OCASIONADO POR EL CABECEO ENTR E DOS LOSAS PERTENECIENTES A ESTRUCTURAS DISTINTAS

Sánchez Verdiguel Juan Carlos 1

RESUMEN

La Central Termoeléctrica Salamanca perteneciente a la Comisión Federal de Electricidad se encuentra en el estado de Guanajuato y su construcción se remonta hacia el año de 1970. Esta central consta de cuatro unidades generadoras, dos con capacidad de 158,000 KW (U1 y U2) y dos de 300,000 KW (U3 y U4), haciendo un total de 916,000 KW de potencia instalada. El año pasado (2009) apareció una grieta en la losa de piso del cuarto de control de la C.T. Salamanca sin razón aparente. Es por ello que el Departamento Civil de la C.T. Salamanca pidió al Departamento de Sismotectónica que realizara los estudios necesarios para determinar y emitir las recomendaciones necesarias para solucionar el problema. Primero se realizó una inspección física-visual, después se realizaron mediciones con equipos acelerográficos en la losa de piso del cuarto de control, en un lado de la grieta y en el lado opuesto. Posteriormente se colocaron los mismos equipos en el nivel 0 (Planta Baja). La intención de colocar los acelerógrafos de la manera anterior fue con el fin de determinar si el problema de la grieta era sólo a nivel de la losa de piso ó era debido al suelo o a la cimentación. Los resultados que se obtuvieron fueron que el cabeceo entre las losas era ocasionado porque cuando había paro total de la unidad 4, esta losa golpeaba a la losa secundaria y esta a su vez a la losa del cuarto de control y por ello se originó esa grieta. Con lo anterior se determinó que se debía dejar una separación entre la losa de piso de la unidad 4 y la de la losa secundaria y en dado caso de querer que no se viera la separación, se tendría que colocar una junta de neopreno para amortiguar el impacto. Además en la grieta del problema, habría que quitar el piso y dejar una separación para evitar el contacto entre las dos losas.

1 Jefe de proyecto, Comisión Federal de Electricidad, Departamento de Sismotectónica, Augusto Rodin #265, Col. Noche Buena, 03720 México, D.F. Teléfono: (55)5229-4400 Ext. 65755; juan.sanchez09@cfe.gob.mx

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ABSTRACT

The Salamanca Thermoelectric Central belongs to Comisión Federal de Electricidad which are located in Guanajuato, México. The construction was during 70´s. This central have four generation units, two of them generate 158,000 KW (U1 y U2) and the other two generate 300,000 KW (U3 y U4), the four units generate 916,000 KW of installed capacity. The last year (2009) appears a crack on the floor tile of the control room, without a reason. For that crack apparition the Civil Department of the Salamanca T.C. suggested to Seismictectonic Department did the necessary studies for gave the correct solution at that problem. First a inspection visual and physical did it, second did measures with accelerograph equipment on the floor tile of the control room besides of the crack and the opposite side, then the accelerographs moved to level 0 (ground floor). The intention of the last arrange was found if the problem of the apparition of the crack was just on the floor tile or on the ground or on the foundation. The obtained results showed the cause of the Stone revetment between the slabs were the total break of the unit 4, this slab hits to the secondary slab and at the same time this hits to the slab of the control room. The conclusion was to left a separation between the slab of the unit 4 and the secondary slab, but if pretends to hide the separation, should be put into a neoprene connection to absorb the shock. Beside, on the crack problem it should be take off the floor and left a separation to prevent the contact between the slabs.

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INTRODUCCIÓN

Antecedentes

La central cuenta con cuatro unidades generadoras, dos con capacidad de 158,000 KW y dos de 300,000 KW haciendo un total de 916,000 KW de potencia instalada. Dentro de las instalaciones importantes se encuentra el cuarto de control donde se alojan los dispositivos de mando, de protección y medición de todos los equipos de la central. Desde este, se ejecutan las maniobras que permiten poner en marcha las Unidades, su sincronización al sistema eléctrico nacional, variar el régimen de generación, arrancar y parar bombas, ventiladores y demás dispositivos involucrados en su operación. Asimismo se controlan los interruptores de las líneas de transmisión que la conectan con el sistema eléctrico nacional. Las mediciones de frecuencia natural de las estructuras civiles son un método muy preciso para determinar el estado actual de las mismas, no obstante que con ello se tiene un parámetro base para después compararlo con los parámetros iniciales de diseño así como con la frecuencia natural del suelo (interacción suelo-estructura). Objetivo del estudio

• Realizar mediciones de vibración ambiental sobre la grieta a nivel “0” y a nivel cuarto de control para determinar las posibles causas de su aparición así como emitir una solución al problema.

• Medir en la Unidad 4 la frecuencia natural que el turbogrupo emite a la estructura civil que lo soporta para tener parámetros base para una comparación posterior.

VIBRACIÓN AMBIENTAL EN GRIETA Mediciones a nivel cuarto de control Las mediciones de vibración ambiental sobre la grieta superficial se realizaron con dos equipos acelerográficos de sensor externo, uno frente al otro con sincronización en el tiempo para obtener la frecuencia natural de manera simultánea. (ver figura 1) Estas mediciones se hicieron en tres puntos a nivel del cuarto de control, los resultados que se obtuvieron se aprecian en la figura 1. Para un estado sin daño en la losa del cuarto de control se espera que en ambos lados de la grieta (líneas X y Y) los valores de la frecuencia debieran ser iguales o muy cercanos, sin embargo de las mediciones se observa que en los puntos 1, 2 y 3 hay un comportamiento variable puesto que se obtuvieron valores de 1.84, 2.05 y 1.29 Hz, respectivamente. Y para los puntos 1a, 2a y 3a se obtuvieron valores de 1.828, 1.773 y 1.828, respectivamente. (ver tabla 1) Otra suposición para un estado sin daño en la losa del cuarto de control es que las frecuencias de los puntos 1, 2 y 3 deben de ser iguales debido a que están dentro de la misma estructura y por otro lado los puntos 1a, 2a y 3a también debieran de tener valores de frecuencias iguales entre ellos por la misma razón. De lo anterior se deduce que para los puntos 1, 2 y 3 hay cambios en las frecuencias por lo que la losa no se comporta igual y es donde se aprecian fisuras.

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Por otro lado para los puntos 1a y 3a sus frecuencias son iguales por lo que partiendo de la suposición de un estado sin daño, lo anterior es totalmente consistente, no obstante para el punto 2a en donde la frecuencia disminuye, por lo que en ese punto es donde hay daño y es fácilmente corroborable. La razón de la desigualdad entre los valores de las frecuencias de la línea X con la línea Y es debido a que los puntos ubicados sobre la línea Y se encuentran en una estructura que no es igual a la de los puntos donde se ubica la línea X, sin embargo en los puntos 2 y 2a que son donde están los valores de frecuencias con mayor variación son debidos a la grieta superficial que se aprecia, y ésta es consecuencia del cabeceo originado entre las dos losas (X y Y). El valor de 1.77 Hz para el punto 2a implica que la estructura es más flexible que para el punto 2 cuyo valor es de 2.05 Hz. La solución a este problema consiste en descubrir el piso dañado para después resanarlo dejando una separación entre losas de por lo menos 2 cm. Esta separación puede ser rellenada por una junta de neopreno para que amortigüe el roce entre las losas. La colocación del piso terminado deberá respetar la separación de las losas de lo contrario el problema seguirá. Mediciones a nivel planta baja Se realizaron mediciones de vibración ambiental a nivel de planta baja para determinar la frecuencia natural que existía, para ello se realizaron 10 mediciones colocando dos equipos acelerográficos, uno enfrente del otro (ver figura 2). La hipótesis que se postuló es que para los puntos ubicados sobre la línea X (4, 5, 6, 7 y 8) debieran tener los mismos valores de frecuencia o muy cercanos de no existir daño y lo mismo sucedería para los puntos ubicados sobre la línea Y (4a, 5a, 6a, 7a y 8a). Sin embargo de las mediciones (ver tabla 1) se observa que no se obtuvieron valores iguales para cualesquiera de las dos líneas (X y Y). Esto debido a que la cimentación se realizó a base de zapatas las cuales ocasionan los valores de frecuencia distintos en los puntos de medición. No obstante con estas mediciones ya se tiene un parámetro de comparación para mediciones futuras.

VIBRACIÓN AMBIENTAL EN LA UNIDAD 4 Para determinar las vibraciones en la estructura civil del turbogrupo de la Unidad 4 se realizaron ocho mediciones alrededor de la misma (ver figuras 3, 4 y 5). Como ya es sabido, las mediciones efectuadas en los ocho puntos seleccionados (A, B, C, D, Aa, Ba, Ca y Da) deberían de tener valores de frecuencia iguales o muy parecidos debido a que el turbogrupo se debería encontrar nivelado y trabajando uniformemente, sin embargo los resultados indican lo contrario. Las mediciones se realizaron de manera simultánea para cada pareja de puntos, es decir el punto A con Aa y así sucesivamente, con este arreglo se observó que los valores de frecuencia para el eje B son muy altos en comparación con los del eje A, es decir que la losa del turbogrupo no se comporta igual sabiendo que debiese de comportarse igual. La variación de los puntos del eje B con su similar del eje A son: para el punto A-Aa del 64.12%, B-Ba del 65.62%, C-Ca del 54.36% y D-Da del 68.61%.

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Para determinar si las columnas de la mesa de soporte de la Unidad 4 se encuentran dañadas se procedió a medirlas conforme a la técnica de Ivanovic (1995) y los valores se observan en la tabla 2. El arreglo de los equipos fue colocar un equipo a nivel de losa de la Unidad 4 y simultáneamente un equipo en la misma dirección vertical a nivel de planta baja para cada uno de los ocho puntos de medición (ver figura 5). De este arreglo se concluye que las columnas de los ocho puntos presentan valores de frecuencia similares por lo que su comportamiento es uniforme sin embargo destaca la columna del punto 2 la cual tiene variación y habría que analizarla posteriormente. Otro tema importante fue que el concreto de la losa de la estructura principal de la Unidad 4 presentaba fisuras en el piso de la estructura secundaria así como descascaramiento (ver fotografías 1-3).

Fotografía 1. Descascaramiento en esquina de losa d e soporte

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Fotografía 2. Descascaramiento en periferia de la l osa

Fotografía 3. Fisuras presentadas en losa de estruc tura secundaria

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Por lo cual se midió simultáneamente en la losa de la estructura principal y en la losa de la estructura secundaria (ver fotografía 4 y figura 6), cuando estaba en operación la Unidad 4, para determinar el origen de estas fisuras.

Fotografía 4. Ubicación de equipos de medición De las mediciones se obtuvo que para el punto 1, en el equipo 849 se registró una frecuencia de 3.06 Hz y para el equipo 1648 una frecuencia de 1.56 Hz. Para el punto 2, la frecuencia fue de 2.97 HZ para el equipo 849 y de 1.65 Hz para el equipo 1648. (ver tabla 3) Por lo anterior se concluye que la losa de la estructura principal (equipo 849) transmite vibración a la estructura secundaria (equipo 1648) siendo que no debiera o tendría que arrojar valores de frecuencia muy bajos (menores a 1 Hz) y esto es lo que ocasiona las fisuras en el piso de la estructura secundaria. El origen de las fisuras en las colindancias de la losa principal y secundaria es debido a que cuando la Unidad 4 se para en seco, ocasiona cabeceo en su losa de soporte la cual golpea a la losa secundaria, esto se evita dejando una separación entre las dos losas pero sin ningún elemento entre ellas. Sin embargo esta separación está rellena por piso metálico el cual transmite completamente las vibraciones de la losa principal a la secundaria. (ver fotografías 5 y 6)

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Fotografía 5. Piso metálico sin separación con losa .

Fotografía 6. Piso metálico sin separación con losa .

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De las mediciones de vibración ambiental en grieta a nivel del cuarto de control se concluye que esta grieta es originada por el cabeceo entre las dos losas. Por lo que se recomienda descubrir el piso dañado para después resanarlo dejando una separación entre losas de por lo menos 2 cm. Esta separación puede ser rellenada por una junta de neopreno para que amortigüe el roce entre las losas. Sin embargo la colocación del piso terminado deberá respetar la separación de las losas de lo contrario el problema seguirá. De las mediciones de vibración realizadas en la Unidad 4 se destaca:

1. Se observó que los valores de frecuencia para el eje B son muy altos en comparación con los del eje A, es decir que la losa del turbogrupo no se comporta igual sabiendo que debiese de comportarse igual. Y la variación de los puntos del eje B con su similar del eje A son: para el punto A-Aa del 64.12%, B-Ba del 65.62%, C-Ca del 54.36% y D-Da del 68.61%.

2. Mediante la técnica de Ivanovic (1995) se midieron las columnas de la mesa de soporte de la Unidad 4, de este arreglo se concluye que las columnas de los ocho puntos presentan valores de frecuencia similares por lo que su comportamiento es uniforme sin embargo destaca la columna del punto 2 la cual tiene variación y habría que analizarla posteriormente.

3. Para las fisuras y descascaramiento en las losas se concluye que la losa de la estructura principal transmite vibración a la estructura secundaria siendo que no debiera o tendría que arrojar valores de frecuencia muy bajos (menores a 1 Hz) y esto es lo que ocasiona las fisuras en el piso de la estructura secundaria.

4. El origen de las fisuras en las colindancias de la losa principal y secundaria es debido a que cuando la Unidad 4 se para, continúa oscilando libremente y ocasiona cabeceo en su losa de soporte la cual golpea a la losa secundaria, esto se evita dejando una separación entre las dos losas pero sin ningún elemento entre ellas. Sin embargo esta separación está rellena por piso metálico el cual transmite completamente las vibraciones de la losa principal a la secundaria.

REFERENCIAS Ivanovic and Trifunac (1995). Ambient vibration surveys of full-scale structures using personal computers examples for Kaprielian Hall. Report No. CE 95-05 University of Southern California, Department of Civil Engineering. Sánchez, J. (2010). Estudios sísmicos para la Central Termoeléctrica Salamanca. Comisión Federal de Electricidad. Documento inédito.

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TABLAS

Punto Frec. (Hz) Punto Frec. (Hz)

1 1.84 1a 1.828

2 2.05 2a 1.773

3 1.294 3a 1.828

4 2.6 4a 2.956

5 2.596 5a 2.518

6 2.577 6a 2.596

7 2.739 7a 2.781

8 2.718 8a 3.166

Tabla 1. Frecuencia natural

Punto Frec. (Hz)

1 5.882

2 4.655

3 5.357

4 5.526

5 5.441

6 5.613

7 5.112

8 5.112

Tabla 2. Frecuencia natural en las columnas de sopo rte de la mesa de la Unidad 4

Frecuencias (Hz)

Equipos

Punto 1648 849

1 1.558 3.066

2 1.65 2.975

Tabla 3. Frecuencias naturales en las losas de la e structura principal y estructura secundaria

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FIGURAS

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