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FORO 17/11/2012: SEGURIDAD DE PRESAS EN PANAMÁ
« Vigilancia, auscultación y seguridad de presas y embalses »
VIGILANCIA, AUSCULTACIÓN Y
SEGURIDAD DE PRESAS Y EMBALSES
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SEGURIDAD DE PRESAS EN PANAMÁ
Foro organizado por el Comité Panameño de Presas
Manuel G. de Membrillera Ortuño
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
FORO 17/11/2012: SEGURIDAD DE PRESAS EN PANAMÁ
« Vigilancia, auscultación y seguridad de presas y embalses »
Índice de contenidos
• Gestión de la seguridad de presas
• Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Análisis e interpretación del comportamiento de presas mediante
sistemas de auscultación
• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación
• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse
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« Vigilancia, auscultación y seguridad de presas y embalses »
Gestión de la
seguridad de
presas
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Fuente: Zielinski,
“Informe General de la Cuestión 91”,
23 Congreso ICOLD (2009)
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Índice de contenidos
• Gestión de la seguridad de presas
• Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Análisis e interpretación del comportamiento de presas mediante
sistemas de auscultación
• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación
• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
• El objetivo de la vigilancia y auscultación de presas es gestionar
el riesgo y reducir su probabilidad de ocurrencia mediante la
provisión de medios para la identificación temprana de eventos
indeseados que puedan causar la rotura.
• La organización de cualquier proceso de vigilancia y
auscultación debería apuntar a reducir, tanto como fuera posible,
la probabilidad de rotura mediante:
– Identificación de los potenciales modos de rotura y provisión
de un programa de vigilancia y auscultación para ello,
– Detección temprana del estado inicial en procesos evolutivos
que puedan llevar a mecanismos de rotura,
– Compresión del comportamiento de la presa y sus
componentes mediante parámetros físicos
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> Definición y principios de la vigilancia y auscultación
Fuente: Boletín 138 ICOLD, 2008
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
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Fuente: Boletín 138 ICOLD, 2008
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
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> Definición y principios de la vigilancia y auscultación
• Proyectar soluciones adaptadas a la problemática del
conjunto presa-cimiento
• Instalar los sensores y equipos con personal
experimentado y formado
• Realizar campañas de lecturas según procedimientos
preestablecidos
• Mantener los equipos adecuadamente
• Tratar y validar los datos proporcionados por el sistema
• Analizar la información por ingenieros expertos
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
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> Definición y principios de la vigilancia y auscultación
- Seguridad
para el titular
- Cumplimiento
de legislación y
normativa
Sistema de auscultación
eficiente, que convierte datos
en información durante:
• Proyecto
• Construcción
• Puesta en Carga
• Explotación ordinaria
• Situaciones extraordinarias
RESULTADO:
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> Métodos de medida: auscultación manual y automática
Lecturas manuales directas
Lecturas manuales indirectas
Medición con equipo de
lectura de cuerda
vibrante
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• Control visual
• Condiciones del entorno
• Medición manual directa (si es posible)
B. Armario centralizador
A. Instrumentación automatizada
C. Remota
• Control visual
• Condiciones del entorno
• Mediciones manuales indirectas
• Control visual
• Condiciones del entorno
• Actualización de
configuraciones/parámetros
855.50
932.00
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Sensores robustos y duraderos
• Posibilidad de realizar reparaciones
• Precisos y sensibles a las variables de interés
• Fáciles de “leer”
• Fundamentados en los modos de fallo
• Indicadores: locales o globales
• Redundancias necesarias
• Frecuencia de lecturas adaptada al modo de fallo que se
desea controlar
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> Selección de la instrumentación e instalación
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
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> Selección de la instrumentación e instalación
• Reflexión:
– Las medidas suelen ser puntuales
– Actualmente, pueden ser medidas distribuidas (fibra óptica)
– Tipos de sensores: «absolutos» o redundantes
Fuente: Höpffner et al., 2007
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Sistemas de auscultación de presas y embalses
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FLAC (Version 4.00)
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Boundary plot
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-3.000
-1.000
1.000
3.000
5.000
(*10 1̂)
-3.000 -1.000 1.000 3.000 5.000 7.000(*10 1̂)
JOB TITLE :
Rotura por inestabilidad en los bloques 17 á 19, teniendo en cuenta la geología del cimiento y las leyes de subpresiones registradas por los piezómetros, en escenario de operación normal del embalse.
Necesidades: inspección, vigilancia y auscultación Niveles piezométricos en el cimiento / 15 días Movimientos en péndulo / 15 días Nivelación en la coronación / trimestre Colimación en la coronación / trimestre Movimientos en juntas / 15 días Realización de informes anuales Inspección visual de galerías, central de pie y
coronación (pretil, bordillo) / semanal Necesidades de investigación y estudios Medidas urgentes Repercusión sobre las NEX o PEP
> Vigilancia y auscultación vs. modos de fallo
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Índice de contenidos
• Gestión de la seguridad de presas
• Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Análisis e interpretación del comportamiento de presas
mediante sistemas de auscultación
• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación
• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse
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Análisis e interpretación del comportamiento
• Algunas preguntas básicas para diseñar un plan de
auscultación (nivel 1):
– ¿Por qué vigilar?
– ¿Qué se quiere analizar, instrumentar y medir?
– ¿Qué vigilar?
– ¿Cómo vigilar?
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> Plan coordinado de auscultación
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Análisis e interpretación del comportamiento
• Preguntas a contestar por el sistema de auscultación
(nivel 2):
– ¿Se comporta la presa como esperábamos?
– ¿Se comporta la presa como lo hizo en el pasado?
– ¿Se aprecia alguna tendencia en el comportamiento?
– ¿Se detecta alguna anomalía?
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> Plan coordinado de auscultación
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Análisis e interpretación del comportamiento
• Preguntas a contestar por el ingeniero responsable
(nivel 3):
– ¿Es la presa segura a día de hoy?
– ¿Cómo de segura será la presa en el futuro?
• A corto plazo
• A largo plazo
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> Plan coordinado de auscultación
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Análisis e interpretación del comportamiento
• Sin ningún tipo de instrumentación
• Existe instrumentación, pero se encuentra inoperativa
• Existe instrumentación, pero no se ausculta
• Se ausculta, se almacenan los datos, pero no se
analizan
• Gráficas temporales de los datos, pero sin análisis
• Gráficas de los datos y análisis superficial
• Auscultación adecuadamente graficada, interpretada y
con toda la documentación archivada
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> Interpretación de registros procedentes de la auscultación
Casuísticas posibles según la presa y el titular:
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Análisis e interpretación del comportamiento
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> Elaboración del informe anual e informes extraordinarios
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: isotermas en presas de concreto
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: desplazamientos en péndulos
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: desplazamientos en péndulos
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: desplazamientos en péndulos
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: análisis de subpresiones
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: movimiento en juntas
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de análisis: tensiones principales (s/ extensómetros)
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Ejemplo de algunos análisis: tensiones totales y efectivas
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: isolíneas de presión intersticial
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de algunos análisis: inspecciones visuales
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Análisis e interpretación del comportamiento
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Ejemplo de recomendaciones sobre el programa de lecturas
Sensores conectados al sistema automático de medición
Diario
Diario
•Inspección de la presa y
parte de las galerías
Lecturas manuales
Los sensores automatizados
que no se puedan leer “in
situ”, se leerán de forma
indirecta en el cuadro de
centralización
Semestral
•Nivelación
Quincenal
•Células de presión total
Semanal
•Piezómetros de cuerda
vibrante
•Filtraciones
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Análisis e interpretación del comportamiento
• Definición de umbrales:
– Para las lecturas y, sobre todo, para los RESIDUOS
– Obviar los errores de lectura y excluirlos
– Analizar con cuidado lecturas puntuales fuera de rango
– Utilizar como referencia la desviación típica
– Establecer una gradación de avisos o alarmas
• Situaciones que deben ser detectadas a toda costa:
– Instrumentación deteriorada
– Anomalías de cualquier naturaleza
– Tendencias en las lecturas y, sobre todo, los RESIDUOS
– Situaciones peligrosas para la seguridad de la presa
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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia
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Análisis e interpretación del comportamiento
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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia
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Análisis e interpretación del comportamiento
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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia
Modelos
deterministas
Elaborados a priori
Fundamento físico
No pueden actualizarse
Modelos estadísticos Elaborados siempre a posteriori
Fundamento numérico
Obtienen condiciones de referencia que aíslan el efecto de
variables como nivel de embalse, temperatura, gradientes,…
Rápida actualización
Modelos híbridos Basados en un modelo determinista de la presa
Calibrados mediante análisis estadístico de datos pasados
Actualizados por fases
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Análisis e interpretación del comportamiento
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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia
Modelos deterministas
FLAC3D 3.10
Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
©2006 Itasca Consulting Group, Inc.
Step 16524 Model Perspective11:56:19 Tue Apr 29 2008
Center: X: 2.600e+002 Y: 8.000e+001 Z: 2.189e+002
Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 240.000
Dist: 7.566e+002 Mag.: 0.8Ang.: 22.500
Contour of SMax Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown Gradient Calculation
-1.6528e+006 to -1.6000e+006-1.6000e+006 to -1.4000e+006-1.4000e+006 to -1.2000e+006-1.2000e+006 to -1.0000e+006-1.0000e+006 to -8.0000e+005-8.0000e+005 to -6.0000e+005-6.0000e+005 to -4.0000e+005-4.0000e+005 to -2.0000e+005-2.0000e+005 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 2.0000e+005 2.0000e+005 to 3.3519e+005
Interval = 2.0e+005
Axes Fixed Linestyle
XY
Z
0.960
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Análisis e interpretación del comportamiento
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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia
Modelos estadísticos
m = variable medida
c = variable calculada con el modelo
tj = tiempo (fecha)
jjjjjjjjjjjjc tTKtzJTzItHTGTGzFzFt ,,,12121
jzF1efecto del nivel de embalse
jzF2 efecto del gradiente del nivel de embalse
jTG1efecto térmico medio
jTG2efecto del gradiente térmico
jtH1efecto de la deriva temporal
jj TzI , efecto combinado del nivel de embalse y la temperatura
jj tzJ , efecto combinado del nivel de embalse y el tiempo
jj tTK , efecto combinado de la temperatura y el tiempo
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Análisis e interpretación del comportamiento
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TOMA DE DECISIONES = UMBRALES SOBRE LECTURAS:
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Análisis e interpretación del comportamiento
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TOMA DE DECISIONES = UMBRALES SOBRE RESIDUOS:
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Índice de contenidos
• Gestión de la seguridad de presas
• Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Análisis e interpretación del comportamiento de presas mediante
sistemas de auscultación
• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación
• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse
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Mantenimiento y conservación de
sistemas de auscultación
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Recopilación de los datos disponibles, manuales y automáticos
Análisis de los datos
Generación de informes de estado y seguridad
Definición de las necesidades de
inspección y mantenimiento
Planificación de las tareas
de campo
Importancia
fundamental de la
calidad del dato
Dudoso/nulo
funcionamiento
del sistema de
auscultación
Fallo del instrumento
Fallo de la
automatización
> Trabajo previo de gabinete
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Mantenimiento y conservación de
sistemas de auscultación
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• Aquellos elementos que resulten claves para revisar y
conservar en buen estado los instrumentos de control
• Funcionamiento manual o automático
Principales enemigos para la conservación de equipos:
Agua
Humedad
Insuficiente
iluminación Dificulta enormemente los trabajos
Deterioro de los elementos de control
Desgaste progresivo de partes mecánicas
Aspectos fundamentales a considerar:
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Mantenimiento y conservación de
sistemas de auscultación
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> Un ejemplo: necesidades en péndulos
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Mantenimiento y conservación de
sistemas de auscultación
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> Un ejemplo: los péndulos
Verificación y calibración:
Las lecturas manuales y automáticas
deben resultar análogas
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Mantenimiento y conservación de sistemas de
auscultación
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> Recomendaciones básicas:
2. Importancia fundamental de las revisiones periódicas sobre los
elementos de medida de los sensores
3. Realización periódica de lecturas manuales para verificar el adecuado
funcionamiento del sistema automático
1. Cumplir puntualmente las tareas de mantenimiento consideradas en las
normas de explotación
Es necesario mantener y almacenar adecuadamente los
aparatos y accesorios utilizados en las lecturas manuales
SOLO ASÍ ES POSIBLE TENER INFORMACIÓN A PARTIR DE LOS DATOS
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Índice de contenidos
• Gestión de la seguridad de presas
• Sistemas de auscultación de presas y embalses
• Análisis e interpretación del comportamiento de presas mediante
sistemas de auscultación
• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación
• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse
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Optimización de la explotación
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> Herramientas de apoyo: control en tiempo real
Detección inmediata de cualquier
comportamiento anómalo en la
presa y su cimiento
Sistemas de adquisición diseñados
para recibir gran cantidad de datos
de forma precisa y segura
Con un sistema de control en tiempo
real es posible acceder a los datos
de auscultación en cualquier lugar y
momento
Fuente: Ofiteco, 2010
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Optimización de la explotación
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> Herramientas de apoyo: control en tiempo real
Centro de tratamiento de la
información
Estación remota
Estación redundante
HUB
Línea telefónica
Estación de control
VSAT
GSM / GPRS
Teléfono
Radio
Fuente: Ofiteco, 2010
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Optimización de la explotación
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> Herramientas informáticas de apoyo
Fuente: Ofiteco, 2010
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Optimización de la explotación
> Herramientas informáticas de apoyo
Fuente: Ofiteco, 2010
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Optimización de la explotación
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> Herramientas informáticas de apoyo
Fuente: Ofiteco, 2010
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Optimización de la explotación
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Fuente: Serrano, 2010
> Un enfoque holístico e integral: el análisis de riesgos
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MUCHAS GRACIAS
Manuel G. de Membrillera Ortuño
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Director de Operaciones (COO)
Profesor Asociado, E.T.S.I.C.C. y P.
Depto. de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente
www.damsafety.com
www.ofiteco.com
Vocal Colaborador (COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS)
Comisión de Obras Hidráulicas (ASOCIACIÓN NACIONAL DE AUSCULTACIÓN Y
SISTEMAS DE GESTIÓN TÉCNICA DE INFRAESTRUCTURAS)