Instalación, montaje y pruebas de las tuberías de HAccCh en el proyecto de modernización de la infraestructura hidráulica de la Comunidad de Regantes de Santa Cruz Alcolea de Cinca, Huesca

La alternativa escogida para llevar a cabo la modernización comprende la división de la zona regable en dos pisos de riego. La división se debe a las características orográficas y topográficas de la zona. De esta forma la zona regable por debajo de la cota 245 metros constituye el piso de riego inferior (2). Las superficies de riego con una cota superior a la indicada, pertenecerán al piso de riego superior (1).

Para dar un servicio adecuado de riego en cuanto a presión, se disponen dos tomas distanciadas en el canal de Terreu, una para cada red de cada piso. De forma que se puede aprovechar los fuertes desniveles geométricos de la rasante del Canal de Terreu en los tramos aguas arriba a esta comunidad de regantes. Las dos redes de riego cuentan en su punto de captación con un sistema de medición y aforo de caudales, de acuerdo a las especificaciones técnicas que indique el Organismo Competente de su gestión (CHE).

Se dispone de un embalse con una capacidad media de 4 días de consumo. A priori esta balsa alimentará siempre al piso inferior, pero recogerá los excedentes no derivados de la toma directa del piso superior. En situaciones que así lo crea la comunidad de regantes, podrá suministrar volúmenes de riego desde la balsa de regulación a la red del piso elevado con una mejor presión.

Para la correcta explotación de las infraestructuras de modernización, se decide implementar un sistema de telecontrol y telegestión de las redes de riego, hidrantes y tomas de parcela. El fin será controlar los parámetros de servicio de la red, la organización del funcionamiento de los hidrantes y tomas de agrupación.

Se plantea la distribución desde el embalse mediante dos redes ramificadas o abiertas. A partir del embalse, las conducciones van bifurcándose en dos o más tuberías, las cuales vuelven a hacer lo mismo después, y así sucesivamente. Sólo hay un camino posible para el abastecimiento de agua desde el origen hasta el punto de suministro, de manera que, para una situación definida de consumos en los nudos, pueden calcularse los caudales circulantes por las tuberías sin más que aplicar la ecuación de continuidad. Estas redes tienen puntos terminales en cada uno de los cuales hay una toma o acometida de agua, para las diferentes parcelas que en total suman la superficie a modernizar.

Ambas redes de riego se diseñarán siguiendo los mismos parámetros de riego y condicionantes (riego a la demanda). A continuación, se expone el diseño y características de las infraestructuras principales de la alternativa, adaptadas a las superficies finales del proyecto.

Tal como se ha mencionado se consideran dos redes de tuberías a presión que se alimentarán desde las tomas indicadas. En total se disponen 297 hidrantes de riego de distintas características. Se consideran los siguientes criterios para el diseño de las redes:

• Tipo de líquido: agua limpia.
• Caudales: los caudales de diseño calculados según el criterio expuesto.
• Velocidades: se considerará que las velocidades de circulación del agua dentro de las tuberías estarán comprendidas entre 0,5 y 2 m/s.
• Pérdidas de carga: Se calculan por la fórmula de Darcy-Weisbach.
• La presión de consigna fijada para cada hidrante es de 40 mca después de hidrante más el posible desnivel desfavorable de la parcela. Por las características orográficas de la zona y la topografía tan dispar que se presenta, hay varios hidrantes minoritarios, donde esta presión no deba cumplirse, con el fin de optimizar y disminuir los costes de explotación futuros del proyecto de modernización.
• Las tuberías que forman los ramales principales y los secundarios hasta los hidrantes se han calculado a partir de los caudales reales obtenidos mediante la fórmula de Darcy-Weisbach. El cálculo de la red de tuberías se ha realizado con el apoyo del programa de cálculo de redes de riego a presión estrictamente ramificadas DIOPCAL integrado en el paquete informático GESTAR 2010.

Para la construcción de las redes de riego, los materiales se escogieron tras un minucioso estudio una vez conocidos los condicionantes geotécnicos del terreno y los trazados definitivos. El resultado es el siguiente:

• Dado que gran parte de los trazados están en zonas que en la actualidad son de cultivo de arroz y ante la posibilidad de encontrar terrenos con baja consistencia, provoca que la decisión sea la de utilizar un material que se adapte a esta situación. Además de que la red de distribución y pequeños ramales son coincidentes con los ramales de menor diámetro. Con lo cual se decide ejecutar mediante tubería de polietileno de alta densidad tipo PE100 con diámetro nominal menor o igual a 700 mm. La tubería se soldará a tope.
• Tuberías con diámetro nominal igual o superior a 800 mm, el material finalmente elegido es el hormigón postesado con camisa de chapa. Para este material, la unión será por junta elástica cuando las piezas estén en un tramo recto y no sean puntos de unión entre pruebas de presión. Para este rango de diámetros se realizó un estudio de alternativas previo a la decisión final.

En el diseño del proyecto se realizó un estudio de soluciones. En un principio la tubería que se planteaba era de Poliéster con Fibra de Vidrio 'PRFV' (tubería flexible), pero con el objetivo de dotar a la conducción de un tubo de mayor resistencia, sin depender tanto de las características resistentes del terreno, se optó por valorar un tubo de hormigón postesado con camisa de chapa y junta elástica (tubería rígida) o una tubería de acero mediante junta soldada.

Tanto la tubería de acero como la tubería de hormigón camisa de chapa, se están empleando cada vez más en las instalaciones de transporte y distribución de agua para regadío, ya que cumplen a la perfección los requisitos necesarios para este tipo de instalación.

Para justificar qué tipo de tubería era la más recomendable colocar en la obra se llevó a cabo un estudio comparativo entre materiales, acero soldado y HPCCJE; se consideraron diversos aspectos hasta llegar a la conclusión final, fueron los más importantes:

1. Teniendo en cuenta el estudio geotécnico se hicieron cálculos mecánicos. Para las tuberías de hormigón pretensado se siguió la 'Instrucción del Instituto Eduardo Torroja' (septiembre 2007). Para ambos casos se consideró la presión máxima de diseño, la carga de tierras variable y el tráfico con eje de 13 Tn. En tuberías rígidas, como el HPCCJE, el terreno aporta tan sólo un 15% de la resistencia total al conjunto estructura terreno, es decir, el relleno tiene mucha menos influencia que en el caso del PRFV y por tanto para el proyecto de referencia se podía pensar en hacerlos en prácticamente el 100% del trazado de la tubería con material proveniente de la propia excavación
2. Comparativo de los costes de fabricación y por consiguiente los precios de las tuberías puestas en obra.
3. Se comparó el coste medio de instalación de las tuberías de acero soldado y HPCCJE. El tubo de HPCCJE es un material cuya estructura es pesada lo que hace que la maquinaría a emplear sea de mayor tonelaje. También se valoraron las piezas especiales a emplear en acero y HPCCJE; las conclusiones sobre este asunto no influían demasiado en la decisión final ya que de partida se condicionaba que las citadas piezas fueran de acero.
4. Se revisaron las experiencias que había en obras de regadío con redes a presión para diámetros nominales superiores 800 mm. Un factor que se tuvo en cuenta fue el mantenimiento que tenían ambos tipos de tuberías.

Es un tubo de 6 metros de longitud útil, constituido por un núcleo de hormigón con una camisa de chapa que le confiere estanqueidad y una armadura activa arrollada helicoidalmente alrededor del núcleo, que zuncha este núcleo de hormigón. A este conjunto, denominado primario (elemento resistente), se le reviste en último lugar de una capa exterior de hormigón cuya misión es proteger la armadura activa.

Dado que los tubos tienen una longitud de 6 m, el transporte de los tubos se realiza con camiones tipo tráiler que permiten transportar 4 - 2 tubos por camión para el diámetro 1.200, 5 tubos para el diámetro 900, 7 tubos para el diámetro 800, por lo que el acondicionamiento de los accesos es vital para permitir la circulación y maniobras de este tipo de vehículos. Así como prever con antelación unas horas de descarga y tener los medios disponibles a pie de obra.

El montaje de este tipo de tubería implica especial atención por la dimensión y peso de cada tubo. El peso aproximado de los tubos en función de su diámetro se muestra en la siguiente tabla:

El montaje se realiza con acopios intermedios (zonas de ancho restringido y aceptados por los propietarios y Comunidad de Regantes), donde los tubos se apoyan sobre cunas de madera o montones de tierra evitando elementos punzantes. El acopio es temporal y de poca duración.

La junta elástica de este tubo se realiza mediante unos cabezales metálicos. El cabezal macho consta de una acanaladura en la que se alojará durante el proceso de montaje un anillo elastomérico de diámetro 20 mm, que consiste en una goma tórica. El cabezal hembra tiene una forma acampanada. Ambos son perfiles del espesor suficiente según la presión situados en los extremos del tubo. Esta es una junta fácil de montar y, debido a las estrictas tolerancias de fabricación, una junta estanca de gran garantía.

Las juntas utilizadas son del tipo flexible, tórica con alojamiento. Las juntas estarán constituidas por dos boquillas, con alojamiento, donde la estanqueidad se consigue mediante anillo elástico de goma tal que garantice su estanqueidad con la necesaria fiabilidad durante toda la vida útil de la tubería.

Las juntas con piezas especiales serán flexibles cuando las piezas sean rectas y mediante unión con soldadura cuando estas constituyan un vértice o codo. Estas piezas serán replanteadas 'in situ' y fabricadas según indicación y medidas que permitan la colocación de tubos enteros. Esta labor de topografía es muy importante en una conducción con tubería de hormigón o similar, donde no hay posibilidad de cortar tubos en obra.

Al inicio del montaje y durante las primeras jornadas, los responsables de la obra deben tener especial referencia junto a los montadores acerca de la manipulación de este elemento vital, para un correcto montaje. Para que la fiabilidad de la obra sea total es importante no cambiar de personal de montaje durante la obra, y siempre que sea posible. La experiencia en el montaje nos enseña lo reseñado a continuación a modo de resumen. Es necesario la insistencia al personal de obra sobre las siguientes precauciones, durante el montaje:

1. Revisar en toda su longitud la junta de goma a emplear, comprobándose su estado y en especial en la unión de la tórica. Desechando la misma en caso de duda.
2. Antes de aproximar el tubo, colocar la junta en su alojamiento de la boquilla macho. A ser posible colocando la unión de la tórica en la parte superior. Posteriormente y de gran importancia, debemos realizar una distribución de tensiones mediante un útil metálico, limpio y sin punta; para ello se introducirá el útil entre la junta y su alojamiento, desplazando este a lo largo de la circunferencia al menos dos veces.
3. Con un lubricante adecuado, grasa especial o jabón neutro, impregnar la junta y la boquilla hembra, cuidando que queden limpias de cualquier elemento extraño.
4. Se embocará el macho, con la junta de goma, a la hembra, comprobándose que están concéntricas y que la goma está en su alojamiento y sin torsiones.
5. Con los medios elegidos para el apriete, se aconseja oleohidráulicos. Comenzar el apriete de los tubos hasta que se venza la resistencia que el acople de la junta oponga, buscando siempre con movimientos suaves y continuos.
6. Los tubos se enchufarán hasta la marca que figura en la boquilla macho y antes de soltar el tubo de la grúa se realizará una inspección visual de la junta, tanto interiormente como exteriormente, comprobando que la maniobra es correcta y que la junta de goma está alojada perfectamente en su sitio y no ha recibido ningún tipo de daño.

Para comprobar si la junta elástica está perfectamente colocada en su alojamiento y no arrollada: Una vez enchufada la tubería se debe comprobar exteriormente e interiormente por la abertura que queda entre los cabezales mediante dos galgas en forma de 'L', la galga exterior es adecuada para comprobar todo el perímetro salvo la zona inferior, donde está apoyado el tubo, que se efectuará por la parte interior. Este aspecto debe de ejecutarse en el 100 % de los tubos.

Para conducciones de HCCH se procederá al arriñonado de la tubería con grava seleccionada 6/20 hasta cubrir un ángulo de 120º, luego el tapado será con material seleccionado de la propia excavación hasta asegurar un recubrimiento mínimo de 0,20 m por encima de la generatriz superior del tubo.

Se procederá después al relleno de la zanja con material ordinario procedente de la excavación, con espesor variable, en función de la propia cota roja de la zanja, compactado al 85% PN y, por último, se realizará la reposición de la capa vegetal. Según sección tipo prevista para tubería doble.

El montaje de la tubería es relativamente sencillo: se limpian los cabezales perfectamente; se monta la junta elástica en su alojamiento en el cabezal macho repartiendo la tensión a toda la goma para evitar arrollamientos; se impregna con jabón neutro toda la junta, y se hace penetrar el tubo que tiene suspendido la grúa en la hembra del tubo anterior ayudado por un tráctel hidráulico para mejorar el enchufe de los tubos.

Preferentemente los tubos se montarán de manera que el extremo libre del tubo montado sea hembra, y el tubo siguiente acople su extremo macho sobre el anterior. En ambos casos se asegurará que la cama en la zona de unión esté rebajada para asegurar que la gravilla no se introduzca en la unión entre ambos tubos.

Será necesario asegurar que el acoplamiento entre los tubos garantice una separación mínima entre ellos que permita la comprobación del alojamiento de la junta mediante galga. Esta operación es de gran importancia y de recuerdo constante para asegurar su realización en el 100% de las uniones.

Para esto el enchufe de los tubos debe hacerse siempre 'recto' y, si fuera necesario, girar posteriormente el tubo para conseguir el ángulo de deflexión. Para un enchufe correcto se debe asegurar una buena alineación de los tubos según su eje, tanto en sentido horizontal como vertical. Por ello, se recomienda el uso de trácteles preferiblemente en este tipo de tubería.

Muy importante, cuando se interrumpa la colocación de la tubería (cada día al finalizar la jornada) taponar los extremos libres, para impedir la entrada de agua o cuerpos extraños, y al reanudar el trabajo examinar con todo cuidado el interior de la tubería, por si pudiera haberse introducido algún cuerpo extraño en la misma.

De forma particular en nuestro proyecto nos encontramos con los ramales a ejecutar y denominados R0 y T0 que están compuestos por conducciones de diámetros comprendidos entre 1.600 y 900 mm por lo que el material seleccionado era hormigón postesado camisa de chapa. Como en el apartado anterior se ha explicado que venía previsto la ejecución de una única zanja para alojar las dos tuberías.

En ejecución se propuso el montaje de las conducciones en zanjas separadas. Se justifica y se acepta, según los siguientes puntos. Como primer aspecto a valorar es el montaje de esta tubería que requiere por su peso de condiciones especiales. Con lo que esta forma de proceder aporta mayor agilidad y seguridad al montaje de las tuberías. En esta disposición de zanja simple se dispone de más sección para el paso de maquinaria y acopios, pues al abrir zanja para un solo tubo el ancho de excavación disminuye como puede verse en los croquis. Se evita lanzar tubos al eje más alejado de la plataforma de acopios, principalmente si se trata de tubos de gran diámetro como es el caso, pues es necesaria la instalación de auto grúa que precisa de una ocupación excesiva y produce una ralentización de los trabajos frente a la ejecución con retroexcavadora.

La premisa del proyecto obliga a que cualquiera de las alternativas elegidas no pueda superar una zona de ocupación temporal de 25 que es lo previsto dentro de anejo de bienes y derechos afectados y trasladado tanto a las actas de ocupación previas como al proceso de expropiación forzosa realizado anteriormente al comienzo de la obra. En este caso, de ejecución con zanja simple para cada una de las dos tuberías, se cumplía incluso separando 5 m entre los ejes de las dos tuberías.

Croquis constructivo de ejecución de tubería doble en dos zanjas, segunda fase.

En un segundo aspecto, la ejecución en doble zanja de las conducciones mejora el comportamiento del tubo a las acciones de las cargas externas producidas por los rellenos, debido a que para calcular la tubería se utiliza la teoría de Marston que tiene en cuenta el rozamiento de las pareces de la zanja. Esta teoría dice que cuanto más estrecha es la zanja mas rozamiento movilizar y la tubería sufre menos esfuerzo ya que el arco de descarga de los taludes es muy grande.

Cuando la zanja es muy ancha esta teoría te penaliza ya que toda la carga se la lleva el tubo y exige sobredimensionarlo. A efectos de cálculos constructivos de la tubería, la zanja doble considera el tubo en terraplén ya que se considera que el terreno no ayuda, todo es carga. además de otras ventajas como que los medios de manipulación siempre son menores. Otro aspecto es que cada uno de los tubos puede llevar la rasante hidráulica que le corresponda, y no deben compartir la misma cota (ya que la ejecución de bermas en zanja es muy compleja). Se puede esperar un mantenimiento más sencillo, por disponerse las dos tuberías con una mayor separación, alrededor de los 5 m, frente a los 80 cm de la zanja doble.

Solamente se puede tener una cuenta como inconveniente que si aparece un mal terreno y fuera necesaría la ejecución de una zanja con gran achura y berma no se podrían ejecutar dos zanjas. Igualmente, en los cruces de servicios afectados (caminos, cruces de canal, etc) deben de resolverse con zanja doble. Aunque además de estos dos aspectos en otras obras o situaciones que puedan darse estos aspectos de forma puntual, que deberán resolverse con antelación. Si es necesario incluso realizando un muestreo de catas previo para el primero o estudiando las afecciones de forma anticipada y pidiendo en fábrica el tubo apropiado en caso de requerirse otro de mayor capacidad y resistencia.

Los puntos singulares de cambios de dirección, derivaciones (desagües, ventosas y ramales de riego) y reducciones en la conducción se resuelven mediante piezas de calderería. Se analizan previamente al inicio de la ejecución desde los perfiles longitudinales y trazados, para minimizar el número de estas piezas.

El planteamiento de ejecución de obra se ha realizado de manera que cuando el montaje de tubería de HPCCH llega a un punto singular se monta la pieza y a continuación se sigue montando tubo de HPCCH. Esta opción exige un trabajo importante de topografía y diseño para ajustar los tramos de tubería a múltiplos de 6 m y encajar la pieza especial que resuelve cada punto singular. Por otro lado es muy relevante el suministro continuado de las mismas para que no ralentice el montaje de la tubería. Hay previsión de colocar un promedio de 1 pieza cada 250 m.

Las piezas para derivaciones o reducciones se montan con junta elástica, las piezas van provistas de los cabezales suministrados por el fabricante de la tubería al taller de calderería. Preferiblemente se montán con los extremos M-H. En el caso de los cambios de dirección se opta por suministrar piezas con cabezales, montaje sin junta y posterior soldadura.

En estas piezas se prevé una boca de hombre de 600 mm de diámetro, cuyo objetivo es facilitar en explotación inspecciones interiores de la conducción y durante la fase de obra facilitar acceso y aireación en el momento de ejecutar la soldadura.

Ensayos en fabrica

La tubería dispone de una normativa DIT, del Instituto Torroja que recoge un método de cálculo, revisada en el 2007 donde se incluyeron aspectos de normativa Europea y distintas experiencias que hacen que la misma tenga recogidos todos los aspectos de la fábrica e instalación de este tipo de tubo.

En concreto las pruebas realizadas, han sido: Estanqueidad y permeabilidad.

Como prueba principal nos centramos en el ensayo de estanqueidad. Es prueba sencilla que no requiere de equipos de medida, ya que las comprobaciones han sido accionadas de forma manual y comprobadas de forma visual. La presión de prueba a aplicar en fábrica según normativa debe ser tal que la tensión en la pared del tubo sea de –0,5 MPa, teniendo en cuenta las pérdidas de postesado en el momento de realizar la prueba. La presión de prueba se mantendrá un tiempo mínimo de 3 minutos. Transcurrido ese tiempo se procede a la revisión superficial del tubo. Durante el ensayo no se producirán fugas ni fisuración. Como criterio de aceptación, no deberán aparecer en el revestimiento fisuras sensiblemente longitudinales de abertura superior a 0,1 mm en una longitud de 0,30 m ininterrumpidamente.

También se realizará la prueba de permeabilidad del hormigón. El ensayo se realiza como mínimo con 14 días independientemente de los días de curado. El tubo debe estar saturado 24-48 horas previas al ensayo. El resultado final del ensayo debe ser igual a la absorción de agua del tubo entre la 2º y la 3º hora e igual a la media de la absorción de agua en las 3 generatrices. El valor medio solicitado por la IT Torroja (sept 2007) durante la tercera hora de ensayo será menor o igual a 0,15 cm³/cm² (28 días).

Estos ensayos fueron realizados por organismo independiente, lo que permitió agilidad en la realización de los mismos y fueron realizados en cada una de las partidas importantes previo al envío de la tubería.

Conforme se va realizando el montaje de la conducción, se probará la conducción por tramos totalmente terminados, con longitudes de 1.000 a 1.500 ml. Es importante que las primeras pruebas se realicen sin demora y que cercioren un correcto montaje y estado de las tuberias.

En la realización de la prueba se cerrarán los extremos con tapones de prueba unidos a los tubos mediante junta elástica, para evitar que la tubería sufra esfuerzos longitudinales se anclan con muros de reacción.

Las pruebas de presión de la tubería instalada deberán ser conformes para la aceptación final de los trabajos de montaje efectuados. El procedimiento obedecerá igualmente a la norma UNE 805:2000. En los tubos de hormigón la duración para la etapa preliminar podría ser de 24 o incluso 48 h o más. Esta etapa tiene que realizarse con tranquilidad y anotando por parte de los operarios los tiempos y presiones. Para de estar forma poder valorar lo antes posible en caso de afección de la tubería, piezas especiales o alguno de los anclajes. Una vez pasada esta etapa inicial la tubería de forma casi segura pasa la prueba. En nuestro caso no se apreciaron incidencias, siendo la totalidad de las pruebas aceptadas satisfactoriamente.

Para los tubos seleccionados y probados en fábrica presencialmente, se requiere al fabricante la trazabilidad completa del tubo: Acero y chapa utilizados en las boquillas, camisas, postesados, hormigón núcleo, hormigón revestido, ensayos tubería terminada y otros componentes: cementos, áridos, material aportación, pinturas, resinas y juntas.

Igualmente es una tubería que permite por la dinámica de montaje y tapado en obra, dejar registrada la trazabilidad tubo a tubo en la propia zanja. Simplemente anotando el tubo en su orden de montaje y tomando topográficamente cada una de las juntas, nos permite tener una trazabilidad total de la tubería. Teniendo por tanto y por ser este material concreto el de los ramales principales una identificación de la parte más importante de la red de esta modernización de regadíos.