Sistemas de rehabilitación de tubería sin zanja. La experiencia de

IV Jornadas de Ingeniería del Agua
La precipitación y los procesos erosivos
Córdoba, 21 y 22 de Octubre 2015
Sistemas de rehabilitación de tubería sin
zanja. La experiencia de EMACSA en su utilización
J. Moral Fernández, J.A. Durán Molina
Subárea de Distribución. Empresa Municipal de Aguas de Córdoba.
c/ de los Plateros, 1. 14006 Córdoba
1. Introducción
Los sistemas de tuberías instalados sufren un envejecimiento por el que cada vez más se
debe hacer hincapié en la búsqueda de formas rentables de renovación de estos activos
críticos (Selvakumar et al. 2011). La predicción exacta de las condiciones actuales y futuras
de los sistemas de tuberías es crucial para gestionarlos con prudencia, de manera rentable y
eficiente (Dirksen and Clemens 2008).
La financiación necesaria para hacer frente al envejecimiento de las infraestructuras del
agua varía en cientos de miles de millones de dólares para los próximos 25 años debido a las
tasas de reemplazo actuales, ya que se espera una duración de las tuberías de 200 años,
aunque fueron diseñadas para 100 años aproximadamente (Matthews et al. 2013). En
Europa se invierte del orden de cinco mil millones de euros anuales en la rehabilitación de la
red de aguas residuales, cantidad que se estima irá en aumento debido al envejecimiento de
la red (Pollert et al. 2005).
Debido a las necesidades de rehabilitación, reconversión y adaptación de los sistemas de
distribución y recolección de agua, son impulsadas cada vez más nuevas medidas de
construcción. El envejecimiento de las infraestructuras, junto con el cambio de las
condiciones de contorno, de los estándares de diseño y de la legislación requeriría un diseño
prospectivo para preservar la funcionalidad de estos sistemas, no solo hoy, sino también a
largo plazo (Kleidorfer et al. 2013).
Las inversiones en la rehabilitación de los sistemas de tuberías deben basarse en la
inspección y evaluación de las condiciones de éstos sistemas con respecto a la gravedad del
daño que puedan causar y los riesgos ambientales asociados (Baur and Herz 2002).
La investigación ha demostrado que algunas Empresas de aguas todavía tienen una fuerte
preferencia por el uso de las contrastadas técnicas de reemplazo a cielo abierto cuando
tienen que rehabilitar tuberías de agua en zonas urbanas. El ahorro de costes significativos y
la disminución de las emisiones de carbono, así como la reducción al mínimo de las
interrupciones de las actividades económicas y sociales sobre la superficie del suelo en las
zonas urbanas llevan a menudo a considerar las técnicas de rehabilitación sin zanja para la
C.3.
construcción, rehabilitación y renovación de los servicios públicos existentes (Beale et al.
2013).
El uso de métodos para rehabilitar in situ los sistemas de tuberías enterradas o inaccesibles
es una tecnología emergente que ha recibido el reconocimiento como un Código ASME XI
que lo aprobó como alternativa a las prácticas de reparación tradicionales (Shamsuddoha et
al. 2013).
Según encuestas realizadas se identificaron varias necesidades, por un lado procedimientos
de control de garantía de la calidad y pruebas de aceptación durante la instalación de estos
sistemas, y por otro, herramientas de soporte de toma de decisiones para la elección de los
sistemas de rehabilitación frente a la sustitución convencional (Selvakumar and Tafuri 2012).
La Enviromental Protection Agency (EPA) está llevando a cabo programas de investigación
en varias áreas de infraestructuras de aguas, incluyendo una revisión de las prácticas y
pruebas de aceptación de la garantía de calidad y control de calidad durante la instalación de
sistema de rehabilitación (USEPA 2011). Las recomendaciones incluyen la relación de
demostraciones a realizar en condiciones reales de campo, la identificación de los protocolos
de pruebas aceleradas que permitan predecir el rendimiento a largo plazo y la realización de
análisis retrospectivos de los materiales (Selvakumar et al. 2012).
EMACSA ha venido utilizando estas tecnologías desde su implantación en España y
actualmente está desarrollando obras por un valor superior a los 10 millones de € para la
rehabilitación de tubería utilizando diversos métodos.
Se presenta en este trabajo una visión general de los principales métodos de rehabilitación
utilizados actualmente así como la experiencia de EMACSA en la utilización de los mismos.
2. Sistemas de rehabilitación más empleados
Aunque en la actualidad las limitaciones para acometer cualquier proyecto de ingeniería
vienen impuestas por condiciones económicas más que técnicas, es cierto que existen una
serie de sistemas que, por su contrastada eficacia, son los más empleados en la
rehabilitación de conducciones.
En EMACSA algunas de estas técnicas se llevan utilizando varias décadas, si bien, en los
últimos años se ha consolidado su utilización al punto que en estos próximos años se
invertirá más en rehabilitar red mediante técnicas como las descritas a continuación que
mediante técnicas convencionales.
A continuación se hará un breve repaso sobre las características más representativas de los
sistemas de rehabilitación de tuberías mediante tecnología sin zanja.
2.1. Entubado
El entubado consiste en la introducción en la tubería a rehabilitar de un tubo continuo de
menor diámetro al existente (Canal Isabel II Gestión 2013). Se suelen emplear tuberías
C.3.
plásticas, de polietileno generalmente, aunque también podrían utilizarse de acero o, incluso
de fundición dúctil siempre que se utilicen uniones acerrojadas.
Por definición de esta técnica se limita a conducciones que puedan ver disminuido su
diámetro interior sin causar perjuicio a su funcionamiento. Este hecho no es significativo
debido, principalmente, a dos motivos:
-
Por lo general, el revestimiento de la nueva tubería ofrece menor rugosidad que la
tubería reemplazada por lo que la capacidad de conducción es mayor (Zhang et al.
2012).
-
Los consumos de agua potable, y por ende, la producción de aguas residuales,
viene decreciendo en los últimos años, con lo que se ha reducido la cantidad de
agua a transportar por las conducciones (Daza 2008).
Es imprescindible preparar la tubería antigua con el objetivo de disminuir la fricción en la
medida de lo posible durante la instalación de la nueva tubería. Para ello, es conveniente
eliminar las incrustaciones de la pared, sellar las grietas que pudieran existir y aplicar un
lubricante a la superficie interna.
En la instalación existen diferentes métodos de introducción de la nueva tubería en el
interior de la antigua pudiendo distinguirse tres subtipos de entubado: mediante tracción,
mediante reducción temporal, o mediante inserción previo doblado del tubo.
2.2. Fragmentación (bursting)
La fragmentación consiste en la introducción de una nueva tubería aprovechando la traza de
la conducción a rehabilitar. Para ello, mediante los útiles necesarios se rompe la tubería
existente y a la vez se aloja una nueva tubería en el lugar que ocupaba la primera como
puede observarse en la figura 1 (Larsen et al. 1997)
El procedimiento de instalación es el siguiente:
-
En la conducción existente a rehabilitar se introduce un cable o varillaje que
permitirá la instalación de la nueva tubería mediante tracción.
-
Una vez el cable ha alcanzado el punto final de la tubería o, lo que es lo mismo, el
punto inicial de rehabilitación, se conecta a una cabeza de ruptura. La cabeza de
ruptura suele ser un troncocono de acero que permite destruir la tubería antigua y
ampliar temporalmente la sección donde se alojará la nueva tubería.
-
A la cabeza de ruptura se ancla la nueva tubería, que generalmente será de
polietileno, aunque también puede ser de fundición dúctil siempre que se utilicen
uniones acerrojadas, y mediante tracción se introduce.
En caso de que la tubería a reemplazar fuese de acero, fundición dúctil o estuviese armada
se pueden emplear cabezas rompedoras con una cuchilla de corte que ayuda a la fractura de
este tipo de materiales.
C.3.
Los fragmentos originados durante el proceso de instalación se desplazan contra el terreno
quedando alojados en las inmediaciones de la nueva tubería.
Figura 1. Infografía rehabilitación mediante fragmentación (bursting). Fuente: millerpipeline.com
Esta técnica permite introducir tubería del mismo diámetro a la instalada o hasta un 20%
mayor. No resulta inviable la instalación de un diámetro mayor a estos pero debería
estudiarse ya que podría provocar una sobre compactación del terreno dando lugar a
desplazamientos del mismo que podría ocasionar problemas en superficie o en los servicios
colindantes.
Como consecuencia de lo anterior es necesario para el empleo de esta técnica que la tubería
a rehabilitar se encuentre a una profundidad considerable, rechazándose la utilización de
esta técnica si el recubrimiento de la misma es inferior a 50 cm (Lueke and Ariaratnam 2000)
Igualmente ocurre con el resto de servicios que pudieran discurrir por las inmediaciones de
la traza de la tubería a rehabilitar utilizando un recubrimiento mínimo similar al del punto
anterior (Shi et al. 2013)
Figura 2. Demostración fragmentación (bursting) tubería acero. Fuente: construtec.com
La principal ventaja que posee esta técnica es que la nueva tubería instalada es del mismo
diámetro o mayor que la tubería existente.
Como desventaja cabe destacar que si la tubería a rehabilitar está compuesta de varios
materiales, por ejemplo porque se hayan realizado reparaciones en la misma con materiales
C.3.
diferentes al inicial, pueden presentarse problemas de atascamiento de la cabeza de ruptura
que pueden obligar a abrir una excavación en ese punto.
Otra desventaja es que con esta técnica no se pueden rehabilitar tramos con una curvatura
mayor que la desviación máxima de instalación de una tubería convencional, es decir, del
orden del 5%.
2.3. Manga impregnada con resina curada in situ (CIPP)
El CIPP se trata de un compuesto textil tubular que se utiliza como revestimiento interior de
la tubería que se instala, generalmente, por reversión con presión de gas o agua. Utilizando
esta tecnología la longitud máxima de la tubería a rehabilitar solo está condicionada por la
vida de la mezcla de la resina y las restricciones de la geometría de la tubería. Una vez que se
ha completado la inserción, la resina se cura usando agua caliente, aire o vapor de agua, que
se distribuye a través de la tubería receptora. Después del curado, el producto resultante es
un tubo de resina reforzada estructuralmente alojado en el interior del conducto existente
que queda perfectamente ajustado. El CIPP tiene propiedades mecánicas similares a las de
las tuberías de fibra de vidrio. El ahorro de este tipo de reparación, tanto en el tiempo de
inactividad del sistema como del coste de reposición de tubería, es sustancioso (Shujie
Zhang et al. 2011, Shu-Jie Zhang et al. 2011, Zhang and Cheng 2011, Akinci et al. 2010).
Mientras que el resto de sistemas de rehabilitación descritos en los puntos anteriores
presentan una fase de diseño técnico bastante sencilla, este método requiere profundos
conocimientos en la materia para llegar a conseguir la rehabilitación deseada.
Esto es debido a que, mientras en los sistemas anteriores se utilizan para rehabilitar tuberías
convencionales de polietileno o fundición dúctil con todos los procesos de control de calidad
realizados en fábrica, en este sistema gran parte del resultado final es consecuencia de una
elección de materiales, un dimensionado y una puesta en obra bastante compleja y de una
fabricación en obra en la que gran parte del control del calidad debe ser realizado durante la
propia instalación.
Como se ha referido en el párrafo anterior, uno de los aspectos complejos de este sistema es
su dimensionamiento, para el que no existe desarrollo normativo nacional debiendo recurrir
a normas o recomendaciones extranjeras. Además, estas normas o recomendaciones,
utilizan formulaciones complejas en las que se involucran parámetros difícilmente
cuantificables que dificultan el dimensionamiento del sistema teniendo que recurrir en
numerosas ocasiones a valores recomendados o usuales con la incertidumbre que ello
genera.
La gran ventaja que presenta este sistema es su versatilidad pues puede ser empleado en
todo tipo de secciones, diámetros y materiales sin que ello suponga una merma de la calidad
final del producto. Además al adaptarse perfectamente a la tubería la misma puede
presentar oquedades o desperfectos fácilmente salvables por este sistema. En los casos más
extremos puede incluso que parte de la conducción no exista en alguna sección o, incluso,
C.3.
longitudinalmente, pudiendo utilizar este sistema siempre que siga existiendo el hueco por
el que hacer el despliegue del mismo.
La otra gran ventaja que presenta es que, dados los altos rendimientos que pueden
obtenerse en su instalación, resulta una solución económicamente ventajosa, máxime
cuando también se cuantifican otros factores como reducción al mínimo de las
interrupciones de las actividades económicas y sociales, polución, interferencias al tráfico,
ruido, molestias, etc.
3. Obras de rehabilitación promovidas por EMACSA
Como ya se ha mencionado en apartados anteriores EMACSA viene empleando técnicas de
rehabilitación de tuberías mediante técnicas sin zanja desde hace varias décadas con éxito.
Esto unido a un compromiso cada vez más fuerte con el respeto ambiental y la eficiencia ha
provocado que estas técnicas sean utilizadas con asiduidad al punto que, en años como el
presente, las inversiones en rehabilitación de tuberías mediante estas técnicas supere a la
inversión de reemplazo con técnicas convencionales.
El presente año EMACSA ha promovido obras para la rehabilitación de tuberías mediante
técnicas sin zanja, directa o indirectamente, por valor aproximado de 14 millones de euros,
como quedan recogidas en la Tabla 1.
Título proyecto
Proyecto de rehabilitación de
arteria de distribución desde la
ETAP de Villa Azul hasta la
Avda. Cruz de Juárez (Córdoba)
Proyecto de rehabilitación de
arterias para el abastecimiento
al Municipio de Córdoba
Proyecto de rehabilitación de
arterias de abastecimiento y
colectores de alcantarillado en
la Ciudad de Córdoba (1ª fase)
Proyecto de rehabilitación de
arterias de abastecimiento y
colectores de alcantarillado en
la Ciudad de Córdoba (2ª fase)
Renovación de la red de
abastecimiento en las
barriadas de Fray Albino y
Campo de la Verdad (Córdoba)
Sistema de
rehabilitación
Importe (PBL)
Tipo de obra
601.648,20 €
Rehabilitación
abastecimiento
CIPP
6.053.351,76 €
Rehabilitación
abastecimiento
CIPP
2.999.704,15 €
Rehabilitación
abastecimiento
y alcantarillado
CIPP
2.941.325,00 €
Rehabilitación
abastecimiento
y alcantarillado
CIPP
1.120.248,38 €
Rehabilitación
abastecimiento
Bursting
Tabla 1. Proyectos promovidos por EMACSA de rehabilitación de tuberías mediante técnicas sin zanja
C.3.
Figura 3. Plano de distribución de las actuaciones en la red
4. Experiencia de EMACSA en obras de rehabilitación
Como se ha podido comprobar a lo largo del artículo la experiencia en EMACSA en relación a
la utilización de las técnicas descritas es amplia, si bien, dentro de los objetivos estratégicos
de la empresa, sigue estando la mejora en el conocimiento de cada uno de los sistemas, lo
que permita una mejora de calidad en la instalación rehabilitada.
EMACSA distingue tres aspectos claves en la elección de los sistemas de rehabilitación a los
que se presta más atención cuanto más decisivos resultan para la obtención del producto
final.
Como norma general, en todo los proyectos de ingeniería es necesario dedicar los recursos
necesarios en la fase de diseño para obtener la garantía de que lo proyectado se ajusta a la
realidad y por tanto los objetivos planteados con el proyecto podrán ser debidamente
resueltos con el mismo. Esta práctica, que en España no está muy extendida, permite sentar
las correctas bases para que, durante la fase de ejecución, no existan eventualidades que
condicionen la calidad final del proyecto.
En proyectos de rehabilitación mediante entubado o bursting el diseño se centra,
principalmente, en la operativa de la instalación, en la que se deberán prever los puntos
adecuados de ataque a la tubería, así como una serie de puntos adicionales de ataque en
función de la homogeneidad de la tubería existente. Si en la misma no existen cambios de
materiales, diámetros o dirección, que pueda afectar a la instalación, el número de puntos
de ataque serán los estrictamente necesarios por la máxima longitud de instalación que se
pueda llevar a cabo, mientras que si existen este tipo de circunstancias habrán de preverse
puntos adicionales con los que resolver estas circunstancias.
En proyectos de rehabilitación mediante CIPP la fase de diseño es más compleja debido a
que los estándares y recomendaciones existentes utilizan parámetros difícilmente
C.3.
cuantificables. Además, estos estándares y recomendaciones, parten de la clasificación
inicial del conducto que se pretende rehabilitar, cuestión ya de por sí complicada dado que
para ello únicamente se cuenta con una inspección de video de la misma.
El siguiente aspecto clave es la correcta elección de los materiales que, evidentemente
deben cumplir unos mínimos en los estándares de calidad establecidos, pero que, además,
debe pensarse que, con la tasa de reposición actual, sobrepasarán su vida útil en varias
decenas de años, con lo que la inversión en un material de características superiores
implicará un beneficio futuro.
Además de la calidad mínima que deban cumplir los materiales en primera instancia debe
recapacitarse sobre la correcta elección de los mismos. Nuevamente mientras en las técnicas
de rehabilitación mediante entubado o bursting la elección se resume en elegir material de
un catálogo comercial, en el CIPP este aspecto se vuelve enormemente más complicado.
Esto se debe a que no existen unos estándares para la fabricación de los materiales
constituyentes.
En cada caso, cada fabricante, defenderá como mejor solución el producto ofertado por
ellos, en muchos casos, el único producto que pueden ofertar.
Lo anteriormente expuesto, en ocasiones, plantea una contrariedad con la Ley de Contratos
del Sector Público ya que puede chocar frontalmente con los principios de publicidad y
transparencia de los procedimientos, y no discriminación e igualdad de trato entre los
candidatos. En este punto el técnico debe realizar una ardua labor de investigación para
conseguir encajar aquel material que cumple con todas las exigencias planteadas pero que
además encaje en la Ley de Contratos del Sector Público.
Por último, se tratará el aspecto del control de calidad. Este aspecto, si cabe, es el más
importante de los mencionados ya que, si importante es diseñar correctamente el sistema
de rehabilitación y elegir convenientemente los materiales a emplear, más importante es
comprobar en todas las fases de la ejecución que se está cumpliendo aquello que fue
diseñado y que los materiales cumplen los requerimientos especificados.
El control de calidad resulta una tarea crítica cuando como sistema de rehabilitación se elige
el CIPP ya en la fase de ejecución, el proceso de fabricación in situ tiene ligada una alta
incertidumbre debido a que todo el proceso, excepto la fabricación de los materiales base,
se produce fuera de una instalación industrializada, en el propio lugar de empleo del CIPP y
de manera manual sin existir protocolos estrictos ni la posibilidad de contar con un sistema
de control de calidad determinado por norma de cada uno de los procesos que se realizan
para la conformación final del producto.
Debido a lo anterior antes del comienzo de la ejecución se deben auditar todos los procesos
que intervendrán en la fabricación del producto final, se deberán establecer los puntos de
control precisos así como los valores paramétricos para cada uno de estos puntos.
C.3.
5. Conclusiones
Los sistemas de rehabilitación conocidos y descritos en el presente artículo cuentan con las
validaciones necesarias para poder ser empleados en las redes de abastecimiento y
alcantarillado con total garantía.
En la actualidad existe un amplio abanico de sistemas de rehabilitación. Además la
maquinaria y procesos empleados en los mismos cada vez es más sofisticada, permitiendo
acometer proyectos mediante estos sistemas que con anterioridad eran inviables.
Resulta obligatorio dedicar los recursos necesarios para el correcto diseño de los sistemas de
rehabilitación a emplear, la elección de los materiales y la implantación de un sistema de
control de calidad que permitan desarrollar la rehabilitación con las garantías necesarias.
En conclusión, dadas las restricciones presupuestarias a las que el gestor de un
abastecimiento puede verse sometido resulta imprescindible considerar los sistemas de
rehabilitación de tuberías para la renovación de las mismas ya que se pueden conseguir
ahorros considerables además de los beneficios no económicos intrínsecos a la utilización de
estas tecnologías.
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