Aspectos de diseño y control de ejecución en tuberías de acero de gran diámetro de la conducción Júcar Vinalopó

Transcripción

1 Aspectos de diseño y control de ejecución en tuberías de acero de gran diámetro de la conducción Júcar Vinalopó Ernesto Castelló Rey Ingeniero Técnico de Obras Públicas acuamed ecr@aguas-jucar.es Introducción La conducción Júcar Vinalopó une el curso bajo del Júcar, en Cullera (Valencia), con la cabecera de la cuenca del Vinalopó, en Villena (Alicante). Su longitud total aproximada es de 95 km, y está formada por una secuencia de impulsiones, sifones y túneles. De la longitud total, 88 km se han ejecutado con tubería, de los que más de 82 km corresponden a tuberías de acero de 1829 y 1930 mm de diámetro y distintos espesores y calidades en función de las características de cada tramo. En los siguientes apartados se tratan algunos aspectos referentes al diseño y al control de calidad de la ejecución de tuberías de acero aplicadas en las obras de la conducción Júcar-Vinalopó. Diseño de la tubería. Condiciones generales El dimensionamiento de la tubería se ha realizado, de manera general siguiendo básicamente, la metodología recogida en la Guía Técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión, publicada por el CEDEX en el año De acuerdo con la guía, se estudian dos tipos de instalación de manera diferenciada: tubos aéreos y tubos enterrados. Se resume a continuación las comprobaciones realizadas para cada caso. Tubos enterrados La mayor parte de la conducción se realiza en zanja, es decir, en instalación enterrada, con la siguiente sección tipo genérica Sección tipo genérica

2 Según la guía citada, se realizan las siguientes comprobaciones: Hipótesis I: Presión interna (estado tensional). Hipótesis II. Acciones externas (deformaciones) Hipótesis III. Acciones externas y presión interna negativa Comprobación a presión interna Para la comprobación a presión interna, se adoptan como valor de la presión máxima de diseño (MDP) los valores máximos obtenidos del cálculo hidráulico, a partir de las siguientes hipótesis: Como caudal de diseño se ha utilizado el de 4,5 m 3 /s, si bien, también se contempla el funcionamiento de la conducción para un caudal de comprobación un 25% mayor (5,6 m 3 /s). Se calculan las pérdidas de carga continuas usando la formulación de Darcy-Weisbach con una rugosidad absoluta de 0,3 mm, comprobandose la instalación para una rugosidad absoluta de 0,1 mm para tubo nuevo. En las impulsiones, fallo de una de las estructuras de protección contra el golpe de ariete. Cálculo de deformaciones por acciones externas y por acciones externas y presión interna negativa (pandeo o colapso) Como en el caso anterior, se realizan las comprobaciones siguiendo los procedimientos indicados en la Guía Técnica, teniendo en cuenta los siguientes criterios básicos: Coeficiente empírico de deformación diferida. Se toma un valor de 1,25. Coeficiente de factor de apoyo. Se adopta el valor 0,097 para un ángulo de apoyo de 90º: Módulo de reacción del relleno, kn/m 2. Se ha considerado que se va realizar una compactación media. Peso específico del relleno: 19 kn/m 3 Carga debido al tráfico, considerado las cargas producidas por un eje de 13 kn. Depresión máxima admisible 0,05 N/mm 2. Tubos aéreos En los pasos de la conducción bajo otras infraestructuras, el tubo se aloja en el interior de una camisa de hormigón armado ejecutada mediante una hinca. En estos casos se deben hacer las comprobaciones correspondientes a tubos aéreos. Las comprobaciones a realizar, son las siguientes: Hipótesis I: Presión interna positiva (estado tensional). Hipótesis II. Presinón interna negativa (pandeo o colapso) Hipótesis III. Acciones gravitatorias (estado tensional y deformaciones) Para la realización de estas comprobaciones se toman los valores descritos en el apartado anterior. Un caso especial es el de los acueductos necesarios para salvar varios cauces cuya orografía recomendó la aplicación de esta tipología constructiva. En este caso, además de las comprobaciones anteriores, se deben realizar las correspondientes comprobaciones de seguridad estructural con la metodología expresada en el CTE, en las situaciones de cálculo siguiente: Situación de trabajo normal Situación sísmica

3 Situación de golpe de ariete Efectos térmicos Acueducto barranco afluente de La Hoz En función de las luces de cálculo, se pudieron resolver mediante un tubo aéreo de acero X70 de 17,5 mm de espesor los acueductos de una luz inferior a 37 m, y se requirió una estructura de sustentación en el cruce del Barranco Roig, con una luz superior a 60 m. Acueducto Roig

4 Montaje y puesta en obra Este procedimiento consta de cuatro operaciones básicas que se describen a continuación. Descarga y acopio del tubo junto a la zanja o lugar de montaje En general se acopia el tubo en paralelo junto a la zanja o al punto de montaje de que se trate, vigilando las condiciones de apoyo sobre el terreno, sobre una base que impida su movimiento y los desperfectos en el revestimiento plástico. Una vez acopiado se realiza la inspección de recepción de tuberías, de acuerdo con el procedimiento que se describe más adelante. Sección tipo constructiva Montaje del tubo Una vez excavada la zanja y preparada la superficie de asiento de los tubos, se procede a su montaje. Los tubos instalados son abocardados, encajando el extremo liso o macho del tubo en el extremo abocardado o hembra. Preferentemente, la instalación de tubos se realizó montándolos en la zanja en el sentido ascendente de la pendiente, quedando el extremo hembra de cada tubo en su lado más alto. Para la manipulación del tubo se emplearon grúas de tonelaje adecuado o retroexcavadoras de cadenas dotadas con los útiles homologados para ese trabajo. Asimismo, se emplearon eslingas de material textil para evitar dañar el revestimiento exterior del tubo durante su manipulación. En las zonas donde recae la unión entre tubos, se deja una nicha de unos 50 cm de anchura y profundidad y la longitud del ancho de la zanja, para poder montar a posteriori la banda termorretráctil que protege exteriormente la unión, así como para evitar la entrada de la arena de asiento al interior del tubo durante el ensamblaje. Una vez montado el tubo, se comprueba que la longitud mínima de contacto entre los dos extremos cilíndricos en el punto más alejado del centro de giro no es superior a 30 mm, de acuerdo con la Norma AWWA C-200:1997, y se puntea la unión para evitar movimientos relativos entre los dos tubos contiguos durante el montaje del siguiente. Montaje de tubos en zanja

5 Soldadura de la junta Una vez alojados y acoplados los tubos en la zanja, se realiza la unión definitiva entre ellos mediante soldadura de la junta. Dadas las dimensiones del tubo empleado, la soldadura se realiza por el interior. Los trabajos de soldadura se llevaron a acabo en horario nocturno durante los meses entre abril y octubre, debido a las altas temperaturas que se alcanzan en el interior de los tubos en esas fechas. Antes del soldeo se procede al cepillado y amolado de los bordes de la costura, eliminando la cascarilla, herrumbre o suciedad, especialmente las manchas de grasa o pintura. La soldadura se realizó en dos cordones denominados de raíz y de peinado. En ambos casos se aseguró una penetración completa. Las uniones se realizaron en los distintos tramos mediante soldadura semiautomática de hilo continuo, o mediante soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido. Ejecución de4 soldadura Revestimiento de la junta Una vez soldados los tubos se procede al revestimiento de la junta. En primer lugar exteriormente se coloca una unión termorretráctil a lo largo de toda la junta formada por una banda consistente en una poliolefina reticulada de soporte, recubierta con un adhesivo que se activa por aplicación de calor, que aísla la junta del exterior, tanto en instalaciones aéreas como enterradas. Junta termorretráctil instalada

6 Interiormente se reviste la unión mediante pintura epoxi alimentaria, con un espesor mínimo de 300 mm, al igual que el cuerpo del tubo. Asimismo, se revisa el resto del revestimiento interior y se repara en los puntos que sea necesario. Una vez finalizado el revestimiento exterior de la junta, se procede al relleno de la zanja en el entorno del tubo, con los materiales y las condiciones de compactación adecuadas en cada tramo. Control de calidad El control de calidad de la conducción se ha realizado en todas las fases de la conducción, desde la fabricación de los materiales (el tubo) hasta la instalación terminada. Control de calidad en fábrica Puesto que la tubería iba a proceder de varios orígenes distribuidos por todo el mundo (se ha suministrado tubo de acero de fabricantes españoles, turcos y chinos), y al objeto de garantizar la calidad se homogeneizó el control a realizar, con la supervisión de un organismo de control internacional. El plan de control realizado sobre la fabricación de los tubos de acero incluyó las siguientes inspecciones y ensayos: 1. Certificados de calidad de chapa y aporte de soldadura 2. Certificados de calidad del recubrimiento exterior 3. Certificados de calidad del recubrimiento interior 4. Procedimiento de soldadura en continuo 5. Procedimiento de reparaciones por soldadura 6. Calificación de los operadores de máquina y soldadores manuales 7. Procedimientos de ensayos no destructivos 8. Calificación de los operadores de ensayos no destructivos 9. Ensayos mecánicos de producción del acero (tracción y doblado) 10. Ensayos macrográficos de soldadura 11. Control ultrasónico o radiográfico en continuo de las soldaduras 12. Control radiográfico en extremos de cada tubo, intersecciones de soldaduras y reparaciones 13. Prueba hidrostática en cada tubo (100%) 14. Acabado superficial exterior e interior y sobreespesores de soldaduras (interior y exterior) 15. Control dimensional (longitud, pandeo máximo, diámetros, ovalización, perpendicularidad, extremos para soldar y tolerancias entre diámetros macho y hembra 16. Protección anticorrosiva interior y exterior 17. Verificación del marcado de los tubos Una vez finalizada la inspección, se genera, para cada lote, un certificado previo a la expedición del material a obra. Control de recepción de tubos en obra A la llegada de los tubos a obra, se procede a la realización de la inspección de recepción, consistente en una revisión visual del estado de los revestimientos de los tubos, interior y exterior, marcándose en su caso para realizar la reparación correspondiente.

7 Se revisa a su vez que el tubo no tiene desperfectos, golpes, abolladuras o señales superficiales en cualquier parte del tubo, en cuyo caso el tubo se apartará para su corte y empleo en piezas especiales, tramos de cierre, etc., una vez retirado el tramo afectado y rechazado. Control de ejecución de soldaduras Antes del inicio de los trabajos se aporta el certificado del procedimiento de soldeo y los certificados del material de aporte, de cualificación de los soldadores y las características del equipo de soldadura a emplear. El control se ha realizado sobre todas las uniones soldadas entre tubos. El cordón de raíz se comprobó con líquidos penetrantes. El cordón de peinado se realizó con partículas magnéticas. En las piezas especiales, se comprobaron las uniones mediante radiografías o ultrasonidos, que garantizan un control en profundidad de la soldadura. El procedimiento seguido es el siguiente: Hasta el segundo mes, se controlan el 100% de las soldaduras, tanto de raíz como de peinado. A partir del tercer mes, si se comprueba que las soldaduras realizadas por el soldador no tienen errores en los dos meses anteriores, en la soldadura de raíz,se reduce el control de este cordón a un 20% (una de cada cinco uniones). En cualquier caso, se comprueban al 100% los cordones de peinado. Diariamente se genera un parte de incidencias por el técnico de control de cada tramo, y semanalmente un informe detallado donde se identifican los tubos controlados, soldaduras, soldadores, reparaciones efectuadas y otras observaciones. Controles finales El revestimiento interior de la unión mediante aplicación de pintura epoxi se controla mediante medición de espesores y ensayo de adherencia. La aplicación de la banda termorretráctil exterior se realiza mediante inspección visual y comprobación de adherencia al tubo. Posteriormente, se realiza el control de ejecución del relleno en el entorno del tubo, mediante la realización de ensayos de control de humedad y compactación de suelos. Una vez finalizado el relleno de la zanja hasta la cota del terreno natural, se comprueba la ovalización de los tubos por medición de los dos diámetros principales, verificándose que se aproxima al valor previsto en cada tramo, o es inferior. Finalmente, tras una inspección interna de la conducción, se fue realizando su llenado por tramos, y se realizó la prueba de la tubería instalada entre válvulas de seccionamiento, de acuerdo con la norma UNE EN 805:2000. Registros de calidad. Libro de tubos Además del archivo de las actas de los ensayos de control de calidad realizados por los correspondientes laboratorios, se realizó por los equipos de asistencia técnica intervinientes en los diferentes tramos de las obras, una recopilación de datos de los tubos instalados en obra, para garantizar en todo momento la trazabilidad de los elementos de la conducción. Para cada tubo se realizó una ficha donde se incluía su número de fabricación, fabricante, características geométricas, tipo de acero, ubicación en la obra (P.K.) fechas de montaje y soldeo, soldador que ejecutó las uniones, resultados del control de soldaduras y la existencia de reparaciones.

8 A modo de ejemplo se adjunta una ficha tipo de las elaboradas.