Rehabilitación de tubería de agua potable con tubería flexible Primus Line. Primera instalación en España

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1 Rehabilitación de tubería de agua potable con tubería flexible Primus Line. Primera instalación en España Jorge Lamazares Arrizabalo Director. Sinzatec Canalizaciones SL Resumen Las compañías de suministros básicos en todo el mundo se enfrentan a diario con infraestructuras por tubería deterioradas. Aunque las tecnologías sin zanja se encuentran bien establecidas en la industria del saneamiento, pocos desarrollos se han sucedido en el campo de las tuberías de agua potable hasta ahora. Esta ponencia introduce una novedosa tecnología con tubería flexible que ha sido concebida para la rehabilitación sin zanja de tuberías de presión. La ponencia muestra la composición de la tubería Primus Line y detalla los terminales de unión que han sido específicamente diseñados para este fin y que completan el sistema. Además, la lectura demuestra cómo esta tecnología permite inserciones de gran longitud y la capacidad de negociar codos. Finalmente, la exposición de un trabajo desarrollado en la ciudad de Gijón, España, relata la primera de las dos fases de renovación de 3,3 km de la traída de agua principal de esta ciudad, detallándose el completo proceso de instalación. Este caso demuestra que la tecnología de tubería flexible se caracteriza por cortos tiempos de construcción con ahorros significativos en coste y tiempo en comparación con métodos tradicionales, facilidad de instalación y mínimas necesidades de equipamiento para ello. La ponencia concluye con un detalle de los beneficios y las limitaciones de la tecnología Primus Line. Introducción De acuerdo con recientes estudios de diferentes organismos como la American Water Works Association (AWWA) así como la Agencia de Protección del Medio Ambiente existe una significativa necesidad de inversión en las tuberías de transmisión y distribución de agua potable en todo el mundo con el fin de garantizar unas condiciones aceptables de agua potable a los ciudadanos. Los estudios de la EPA estiman una necesidad de 248 billones de USD para las redes de agua en los próximos 20 años (EPA,2013). Del mismo modo existe un estudio de la AWWA que estima en 256 billones de USD los requeridos para la sustitución o renovación de tuberías de agua deterioradas en los próximos 25 años (AWWA,2012). También desde la ASCE, Asociación de Ingenieros Civiles Americanos, se apunta a una pérdidas globales en la redes de distribución de 27 Hm3 de agua tratada al día por el deterioro de las tuberías. Además, los operadores de las redes tienen que lidiar con 700 roturas diarias que afectan a negocios y propiedades privadas (ASCE,2013). El creciente deterioro de la infraestructura por tubería afecta a la calidad del agua debido a la corrosión, el plomo y el fibrocemento en redes de agua potable. Los operadores de redes se enfrentan a infraestructuras amortizadas con presupuestos muy ajustados. Aunque las tecnologías sin zanja se encuentran bien establecidas en la industria del saneamiento, pocos desarrollos se han sucedido en el campo de las tuberías de agua potable hasta ahora. Las Tecnologías sin zanja pueden ser una viable y económica alternativa a los procedimientos habituales de apertura de zanja en el mundo del agua potable. En particular, los costes por reposición de pavimentos, sustitución de rellenos y problemas asociados a presencia del nivel freático, pueden ser disminuidos significativamente. También los plazos de construcción y las interferencias en la vida de los ciudadanos se minimizan sustancialmente. En determinados casos las tecnologías sin zanja son la única alternativa desde el punto de vista económico. Por tanto, las tecnologías sin zanja deberían ser consideradas por los operadores de las redes como una oportunidad de acometer el mantenimiento de su obsoleta infraestructura manteniendo una razonable factura.

2 Tecnologías sin zanja para rehabilitar redes de agua potable En comparación con la mayoría de las tuberías en el sector del saneamiento, las tuberías de agua potable son generalmente conducciones a presión. Además los requerimientos y estándares para trabajar en la industria del agua potable son bastante mayores con el fin de garantizar que los ciudadanos reciben agua limpia y segura. Diferentes regulaciones en cada país establecen unos estándares respecto a las condiciones sanitarias de los componentes de las redes en contacto con agua potable. Según el AWWA M28 Manual(2001), los métodos de renovación de tuberías son categorizados en 4 grupos catalogados como no-estructural, semi-estructural y completamente-estructural. Los sistemas Clase I se consideran no estructurales e incluyen revestimientos de mortero de cemento y proyección de resina epoxy, siendo su aplicación la protección anti corrosión. La Clase II se considera semiestructural, y que se considera que aunque aportan parte de resistencia, requieren de la tubería original para soportar los diferentes esfuerzos. La Clase III es similar pero el revestimiento aporta ciertas cualidades de resistencia a las cargas externas y a la presión interior. Los sistemas completamente estructurales, catalogados como Clase IV incluyen Tubería Curada in Situ (CIPP), Entubado simple y Pipe Bursting (Véase Tabla 1). Esta información se ha extraído de un estudio desarrollado por Matthews (2013). Non-structural Semi-structural Fully-structural Class I Class II Class III Class IV Cement Mortar Lining Polymeric Lining Polymeric Lining Cured-in-Place Pipe Lining Epoxy Lining Close-fit Lining Close-fit Lining SlipLining Pipe Bursting Close-fit Lining Tabla 1. Clasificación de tecnologías sin zanja en redes de agua potable. Como cada vez existen mayor número de tecnologías disponibles en el mercado, los operadores de las redes necesitan comprender las ventajas y limitaciones asociadas cada una de ellas. Los operadores de redes no podrán satisfacer sus necesidades de rehabilitación con una sola tecnología. En primer lugar los requerimientos de cada trabajo deben ser correctamente identificados, y la tecnología apropiada debe ser seleccionada. Diferentes factores, como el estado estructural de la tubería, la presión de trabajo, el diámetro necesario, las conexiones a la tubería, su accesibilidad, condición de las juntas y otras deben ser consideradas. La tecnología Raedlinger Primus Line La tecnología Raedlinger Primus Line es una tecnología de tubería flexible utilizada para la rehabilitación de tuberías de presión de diferentes fluidos como el agua potable, gas, petróleo, agua residual, agua salada, fluidos químicos, queroseno y muchos otros. La solución se basa en una tubería flexible y unos conectores de unión específicamente desarrollados. La tecnología Primus line se caracteriza por su flexibilidad, portabilidad, ligereza y reducido espesor, otorgando una fortaleza del material similar al acero. El know-how procedente de la construcción, la ingeniería mecánica y la tecnología del tejido se han combinado para crear una solución avanzada en la rehabilitación de tuberías de presión. La tecnología de renovación puede negociar codos de hasta 45º por su construcción flexible e inserciones de hasta 2400 m en una sola fase son factibles. La tubería Primus Line no se adhiere ni fija a la tubería a rehabilitar, y resulta un espacio anular permanente entre ambas. Puede acomodar presiones de hasta 55 bar y se fabrica en el rango de 150 a 500 m. El producto ha obtenido numerosas acreditaciones internacionales relativas a su idoneidad para estar en contacto con agua potable, gas o petróleo. La primera parte del sistema es la tubería Primus Line. La tubería flexible consiste en tres capas diferentes. El material que constituye la capa interior puede ser seleccionado para el fluido específico a

3 transportar. Para aplicaciones e agua potable es utilizado un material con base polietileno (PE). Para otras aplicaciones como el petróleo y el gas, Poliuretano termoplástico (TPU) es la opción preferida ya que estos fluidos tienen diferentes características comparadas con el agua potable. La capa intermedia consiste en una malla tejida de aramida sin costuras que funciona como una capa de soporte de presiones interiores. Para presiones superiores una segunda capa de tejido se puede añadir. Además de la tracción circunferencial por la presión interior, el tejido de aramida puede soportar los esfuerzos axiales generados durante el proceso de instalación. La capa exterior está compuesta por polietileno resistente a la abrasión independientemente del fluido transportado, ya que únicamente sirve de protección de la capa intermedia durante la instalación (véase figura 1) Figura 1. Vista esquemática de la tubería flexible Primus Line. La tecnología se puede utilizar con independencia del material de la tubería original. No sólo puede ser utilizada para renovar tuberías, sino para incrementar la presión de trabajo de sistemas existentes. La tubería protege a la original de la corrosión interior ya que evita el contacto entre el fluido y ésta. Incluso se puede utilizar en instalaciones de by-pass en determinadas actuaciones puntuales. La segunda parte del sistema son las terminaciones o conectores desarrollados específicamente para la tubería flexible Primus Line. Los conectores de unión son seleccionados en base al rango de presión de trabajo. El fabricante diferencia entre conectores en baja presión y alta presión. El conector de alta presión consiste en una pieza interior torneada y un anillo exterior. El anillo exterior dispone de una camisa metálica maleable en su interior. Una resina bicomponente es inyectada a través de una válvula situada en el exterior, y fuerza a la camisa metálica interior junto con la pared de la tubería contra la pieza contorneada interior, consiguiendo una unión estanca y resistente a la tracción (ver fig 2 y 3) Figura 2. Vista esquemática del conector de alta presión antes de inyectar la resina.

4 Figura 3. Vista esquemática del conector de alta presión después de inyectar la resina. Los conectores de baja presión se encuentran disponibles para las tuberías Primus Line en tamaños de 150 a 300 mm con presiones de diseño que varían desde los 28 a los 12 bar respectivamente. El conector de baja presión trabaja de manera similar a los conectores de alta presión, pero utilizando una camisa intermedia plástica, en lugar de la resina bicomponente. Los conectores de baja presión son instalados con esfuerzos mecánicos para garantizar una unión durable y resistente a la tracción. Este tipo de conexión permite una instalación más rápida en comparación con los conectores de alta presión ya que no es necesario tiempo de curado para la resina bicomponente. Caso de estudio: Soto de Agües, Gijón, España Este caso de estudio acerca de un trabajo ejecutado en Gijón, España, relata la rehabilitación de una tubería de fundición gris con tubería Flexible Primus Line. La descripción relata la situación del cliente, lo solución elegida y su instalación. En el año 2013, la empresa municipal de Aguas de Gijón (EMA) se enfrentaba a la necesidad de recuperar las garantías de abastecimiento desde el manatial de los Arrudos, fuente que representa aproximadamente el 40% de las necesidades de agua potable de la ciudad de Gijón. Esta conducción tiene 53 km de longitud y diferentes tipologías, alternando tramos de canal en gravedad con tuberías de presión en el cruce de los valles, denominados sifones. Varias roturas fortuitas en los últimos cinco años pusieron de manifiesto el pésimo estado estructural de la tubería de fundición gris de 400 mm de diámetro, que con 70 años de servicio había llegado a su vida útil. El Sifón del Alba cruza el río Alba salvando un desnivel de 600 metros, por lo que las presiones de trabajo máximas en la tubería superaban los 60 bares. La mayor parte de la reposición se ejecutó mediante la técnica convencional de excavación y reposición. Sin embargo el tamo inicial del sifón presentaba una dificultad excepcional por su difícil acceso. Este tramo inicial, de 750 metros de longitud, discurre desde la caseta de carga del sifón por una zona de alta montaña situada en el interior del parque Natural de Redes. Los accesos o la posibilidad de crear nuevos accesos son absolutamente inviables por lo que la opción de utilizar maquinaria convencional se descartó de inicio apostando por una solución sin zanja. Debido a la orografía del terreno, el transporte de los materiales en todo el trazado se debía realizar a pie o con medios aéreos, por lo que las cualidades de ligereza del material y pequeño tamaño de los equipos de instalación del sistema Primus Line decantaron definitivamente la elección hacia el sistema de tubería flexible. Tras diversas reuniones los trabajos fueron adjudicados a la empresa Sinzatec Canalizaciones, especializada en la renovación de tuberías sin zanja e instalador en exclusiva de la tecnología Primus line en España. Los 740 metros de tubería a renovar se dividieron en dos tramos de 400 metros y de 340 metros realizando las labores de instalación desde el punto central ya que era el único lugar llano y con espacio suficiente para la colocación de los tambores. En el punto central y en ambos extremos se procedió a

5 realizar las catas de inserción y tiro, de aproximadamente 2,50 metros de longitud. A 200 metros en ambos tramos se realizaron catas intermedias, en puntos donde se instalaron equipos de purga de aire. A continuación se procedió a limpiar la tubería mediante rascadores de limpieza para eliminar los defectos detectados durante la inspección televisada. Figura 4: Tambor conteniendo 400 m DN400 en la explanada de carga La tubería flexible DN400 con 352 mm de diámetro exterior y 339 mm de diámetro interior, con una presión de trabajo de 20 bar, fue fabricada en Cham, en las longitudes solicitadas de 340 y 400 metros. Como el lugar de instalación se encontraba a 1100 m de altitud y era únicamente accesible a pie, se diseñó un proceso de instalación que permitiera desplazar los tramos de tubería mediante helicóptero. Como el helicóptero disponible tenía una capacidad de elevación de 1200 kg, equivalente a 200 metros de tubería, esa fue la longitud de referencia que se utilizó para desplazar e instalar la tubería. La tubería fue desenrollada de los tambores de fábrica, transportada por el helicóptero e instalada de nuevo en un tambor de menor tamaño en el punto de inserción. El mismo helicóptero desplazó el equipo de plegado en obra y el cabrestante de tiro de 25 kn. El plegado de la tubería reduce considerablemente las fuerzas necesarias para la instalación, y dado que el trazado de la tubería era bastante sinuoso, este procedimiento fue clave para conseguir la instalación con tan solo 25 kn de tiro. La instalación se realizó en dos tiros de 400 y 340 metros, con fuerzas de hasta 25 kn, muy por debajo de los esfuerzos admitidos de 100 kn. Figura 5: Vista del helicóptero de transporte en la zona de inserción de tubería

6 Una vez instalada la nueva tubería, se procedió a presurizarla con aire (0,5 bar). Finalmente se instalaron 9 conectores de alta presión mediante la inyección con resina bicomponente y se colocaron las piezas de cierre y demás elementos metálicos. Tras la prueba de presión a 12 bar se procedió a la puesta en servicio de la conducción. La totalidad de los trabajos de preparación, excavación de catas, renovación y puesta en servicio tuvo una duración de 5 semanas, siendo los trabajos de instalación y conexión de tan solo 10 días laborables. La primera experiencia de renovación de tuberías de presión en España ha resultado un éxito para satisfacción del cliente final, la EMA de Gijón. Fruto de ello durante el mes de Junio de 2014 se ha realizado la segunda instalación con tecnología Primus Line, consistente en la renovación de 2570 metros de tubería DN500 en un tramo más cercano a Gijón de la misma conducción. Beneficios y limitaciones A pesar de que la tecnología Primus Line puede acometer un amplio rango de aplicaciones, no pretende abarcar el rango completo de los trabajos de rehabilitación. Debe ser considerada una solución sofisticada para tuberías que se encuentran en lugares de difícil acceso como sifones, tuberías en zonas restringidas o protegidas o zonas con poco espacio de trabajo. El sistema Raedlinger Primus Line puede ser excepcionalmente competitivo cuando se pueden realizar largos tramos de inserción y se deben atravesar codos. El sistema Primus Line es excepcionalmente ventajoso con tuberías de hacer, ya que evita la corrosión interior manteniendo la capacidad de soportar presiones elevadas. Por el contrario la tecnología Primus Line se ha diseñado para conseguir longitudes de renovación muy largas. Por tanto las derivaciones y piezas especiales deben ser acometidas mediante excavación y reposición mediante conectores. La tecnología se encentra disponible entre 150 y 500 mm por lo que no alcanza los trabajos de renovación de tuberías de transporte de gran diámetro. En determinados casos la instalación de varias tuberías simultáneas puede resultar efectiva a pesar de reducir considerablemente la capacidad hidráulica. Conclusión Aunque existen numerosas tecnologías que permiten rehabilitar redes de agua potable, su uso y aprobación ha sido muy lenta hasta ahora. Sin embargo con la creciente necesidad de renovar redes dado el preocupante deterioro de las redes, y la limitación de fondos para ello, deben ser consideradas todas las opciones existentes. Las Tecnologías sin Zanja proporcionan soluciones competitivas comparadas con la tradicional apertura y reposición de zanja. Sin embargo ninguna tecnología puede abarcar toda la casuística existente. Por tanto los responsables de las redes deben conocer y entender las limitaciones y beneficios de cada tecnología par a evaluar y adoptar soluciones inteligentes apara cada proyecto de rehabilitación. Numerosos factores deben ser tenidos en cuenta, tales como la condición estructural, la existencia de derivaciones, accesibilidad a la tubería y muchas otras. Raedlinger Primus line puede ofrecer una solución económica, especialmente cuando grandes longitudes son abordables, existe algún codo o la tubería a renovar se encuentra en un lugar de difícil acceso. El caso de Soto de Agües, Gijón es un claro exponente de ello. Referencias ASCE (2013): 2013 Report Card for America s Infrastructure. AWWA Manual M28 (2001): Rehabilitation of Water Mains. AWWA (2012): Buried no longer: Confronting America s Water Infrastructure Challenge. EPA (2013): Drinking Water Infrastructure Needs Survey and Assessment. Kosik, Alison (2011): Experts: U.S. Water Infrastructure in Trouble. Matthews, John (2013): How To Select the Proper Relining Method for your Job? Wilcox, Kevin (2013): U.S. Drinking Water Requires Hefty Investment