Cargas de nieve y agua pluvial: efectos sobre la membrana y el borde del depósito

La nieve y el agua pluvial ejercen una carga sobre el techo de membrana que se transforma en presión sobre la misma, algo que se aprecia claramente al compararla con la presión del aire de soporte. Los cálculos son sencillos: 1 mm de agua equivale a 1 kg/m², es decir, aproximadamente 10 Pa, y 1 mbar equivale a 100 Pa. Una capa de agua de 10 mm de espesor ejerce, por tanto, una carga sobre la membrana similar a 1 mbar. Las presiones de soporte típicas de los techos de doble membrana son del orden de unos pocos milibares, por lo que incluso una pequeña acumulación de agua, y más aún la nieve acumulada, puede superar lo que la «almohada» de aire es capaz de soportar.

Cómo está construido el techo y dónde actúa la carga

El depósito de gas con techo de doble membrana consta de una membrana interna (de gas) y otra externa (protectora). El espacio entre ambas se mantiene a sobrepresión mediante un soplante, lo que confiere a la membrana externa su forma y tensión. Las cargas externas (nieve, agua, viento) son soportadas, por tanto, por la membrana tensada y su fijación en el borde (borde del depósito, listón, perfil de sujeción). La descripción de la construcción y seguridad del techo se encuentra en el texto Almacenamiento de biogás: techo de doble membrana y seguridad].

Comparación de magnitudes

De ello se deduce una conclusión práctica: la presión de soporte por sí sola no protege contra la nieve. El techo neumático resiste la nieve gracias a su forma (arco, cúpula), la resistencia de la membrana y su fijación, así como a la tendencia de la nieve a deslizarse. El riesgo aparece cuando la nieve se acumula, forma salientes, la nieve húmeda tiene alta densidad o cuando el techo pierde tensión.

Mecanismos más frecuentes de daños

Pérdida de presión de soporte. Una avería del soplante, del suministro eléctrico o una fuga en la membrana externa provocan una disminución de la tensión, y la membrana externa puede caer sobre la interna. Se forman depresiones en las que se acumula agua y nieve, lo que aumenta aún más la carga.

Acumulaciones de agua. Las depresiones (por ejemplo, alrededor de parches, en arrugas o pliegues) recogen lluvia y deshielo. El agua acumulada aumenta la flexión, por lo que se recoge aún más agua.

Carga desigual. La nieve que se desliza por un lado, los ventisqueros, los salientes o las caídas desde estructuras adyacentes generan una carga asimétrica que afecta al borde de manera diferente a una carga uniforme.

Hielo. El agua congelada forma placas rígidas y pesadas que no pueden retirarse. Además, el hielo aumenta la rigidez de la membrana a bajas temperaturas y puede provocar microgrietas. También se produce la congelación de desagües y protecciones líquidas; véase Cómo seleccionar calefacción antiescarcha para la protección].

Sobrecarga del borde. La carga del techo se concentra en el borde, es decir, en el elemento que fija la membrana a la pared. La concentración de fuerzas provoca que la membrana se desprenda de la fijación, dañe el listón o fatigue el material. El agua acumulada en el borde acelera la corrosión y destruye los sellados.

Qué hacer en el proyecto y la explotación

1. Datos de entrada. La carga de nieve para la ubicación se determina según la norma PN-EN 1991-1-3 (zonas de nieve, coeficientes de forma); el valor de cálculo debe figurar en la documentación del techo. La documentación del fabricante especifica la carga para la que se ha diseñado el techo.
2. Control de la tensión y la presión de soporte. Soplante con alimentación de reserva o segundo soplante, alarma de caída de presión, revisión periódica de válvulas antirretorno.
3. Evacuación de agua. Techo sin depresiones, desagües despejados, control tras las precipitaciones. Las acumulaciones deben comunicarse al servicio técnico, no «observarse».
4. Inspección tras precipitaciones abundantes y antes del invierno. Estado de costuras, fijación, borde, listones, tornillos y sellados.
5. Plan de actuación en caso de precipitación intensa. Quién decide la retirada de nieve, cómo se realiza, cómo se previenen caídas y cómo se protege el gas.

Seguridad en los trabajos de retirada de nieve

No se debe pisar la membrana sin la autorización expresa del fabricante y una evaluación de riesgos. Los riesgos incluyen caídas, daños en la membrana (pérdida de estanqueidad, liberación de gas) y trabajo en zona con riesgo de explosión. El alcance y el método de retirada de nieve deben derivarse de las instrucciones de la instalación y del documento de protección contra explosiones, y los trabajos deben ser realizados por personal formado con el equipo adecuado; en caso de daños o sospecha de pérdida de estanqueidad, se procederá según el protocolo de emergencia de la instalación. Las normas sobre riesgos relacionados con el trabajo seguro en zonas Ex se tratan en el texto ATEX en la planta de biogás].

Resumen

Las cargas por precipitaciones suelen ser mayores que las fuerzas que puede ejercer el aire de soporte, por lo que la seguridad del techo depende de la geometría, la tensión, la resistencia del material y del borde, del suministro del soplante y de la disciplina en la explotación. Comprobar las acumulaciones, las fijaciones y las alarmas antes de la temporada invernal resulta más económico que reparar tras una precipitación.

Papel del borde

El borde, es decir, el anillo de fijación de la membrana a la pared del depósito, es el elemento en el que se concentran las fuerzas de todo el techo. Suele incluir listones o perfiles de presión, tornillos, sellados y desagües. Su estado se evalúa tras cada invierno: corrosión de tornillos, grietas en los sellados, deformación del listón y rastros de agua bajo la membrana son señales de advertencia. Las zonas más expuestas son aquellas en las que se forman acumulaciones junto al propio borde, ya que el agua, y en invierno el hielo, aumentan la carga precisamente en el punto de mayor tensión. Si durante la revisión se detecta algún daño, la reparación se realizará según las instrucciones del fabricante, y el depósito se dejará fuera de servicio según lo previsto en el procedimiento.

Conclusiones para el plan de explotación

El plan invernal para un techo de membrana debe incluir: criterios para activar un control adicional (por ejemplo, altura de la nieve acumulada o precipitaciones intensas previstas), personas responsables de la toma de decisiones, disponibilidad de alimentación de emergencia para el soplante y normas de comunicación con el servicio técnico del fabricante. También conviene registrar las observaciones (lugares donde se acumula agua o nieve), ya que permiten mejorar la tensión de la membrana o el drenaje en el próximo mantenimiento técnico.