Características de las tuberías de hormigón con camisa de chapa en obras de regadío. Aplicaciones especiales

El tubo de hormigón con camisa de chapa está constituido por un tubo intermedio de chapa de acero con una doble capa de hormigón interior y exterior. Las juntas que se sitúan en los extremos del tubo son metálicas y pueden ser en junta soldada o elástica, siendo esta última la más extendida en las obras de regadío que actualmente se ejecutan en España (95% de las aplicaciones). Existen dos tipologías de tubería: Tubo de hormigón postesado con camisa de chapa; y Tubo de hormigón armado con camisa de chapa.

Dado el auge que existe en la actualidad en todo lo referente al aprovechamiento óptimo de los recursos y en especial a lo relacionado con el agua, se han impulsado por parte de las diferentes administraciones multitud de obras de transformación y modernización de regadíos en toda la geografía en la Península Ibérica. Estas actuaciones han sido fundamentalmente las de construir instalaciones de regadíos, habiendo dos tipos de actuaciones como son la creación de nuevos regadíos en zonas de secano y la de modernizar instalaciones de regadíos que habían quedado obsoletas siempre con la búsqueda de optimización de los recursos y de manera sostenible.

Para estas redes de riego en presión se pueden utilizar diferentes materiales dependiendo de diferentes factores que determinan las características de la tubería. Para las tuberías de mayor diámetro, redes principales y secundarias es fundamental la elección del material a instalar porque se necesitan características que aseguren su durabilidad, resistencia, funcionalidad, ausencia de mantenimiento y simplicidad en la instalación.

Para este tipo de actuaciones los 'tubos de hormigón con camisa de chapa' son una solución técnicamente idónea.

Los regadíos pueden suponer cerca del 70% del consumo de agua en España, de los cuales los recursos fundamentales son: 75% aguas superficiales, 23,1% aguas subterráneas y 1,9% otros usos.

Nosotros, en Prefabricados Delta, hemos participado en multitud de obras hidráulicas aportando nuestras soluciones:

• Tubería de hormigón postesado con camisa de chapa
• Tubería de hormigón armado con camisa de chapa
• Tubería para hinca
• Especialistas en junta elástica
• Tubería de poliéster reforzado con fibra de vidrio

Para la tubería de hormigón con camisa de chapa en regadío estamos presentes desde el año 1968. Más de 50 años en la instalación de las redes principales de regadío con mayores diámetros y caudal y que tienen la responsabilidad de que el sistema sea fiable, eficiente y que no requieran mantenimiento. Debido a las principales características que tienen nuestra tubería:

• Durabilidad.
• Resistencia a las cargas exteriores e interiores.
• Funcionalidad.
• Simplicidad en la instalación.
• Solución competitiva.

Dentro de las redes principales que hay en un regadío hemos participado en diferentes tipos de conducciones y sabemos técnicamente cómo debemos diseñar cada una. Diferentes soluciones de redes principales:

• Impulsiones directas
• Sectorizar por pisos de riego
• Balsas de copa
• Tuberías reversibles
• Reutilización de agua
• Conducción desde una desaladora
• Tubería por gravedad

El tubo de hormigón con camisa de chapa está constituido por un tubo intermedio de chapa de acero con una doble capa de hormigón interior y exterior. Las juntas que se sitúan en los extremos del tubo son metálicas y pueden ser en junta soldada o elástica, siendo esta última la más extendida en las obras de regadío que actualmente se ejecutan en España (95% de las aplicaciones). Existen dos tipologías de tubería:

• Tubo de hormigón postesado con camisa de chapa
• Tubo de hormigón armado con camisa de chapa

3.1.- Tubo de hormigón postesado con camisa de chapa

La tubería de hormigón postesado con camisa de chapa es uno de los productos más utilizados para las actuales necesidades de las redes de riego principales. Es un tubo de 6 m de longitud útil que se utiliza para conducciones en presión de 1 a 25 atm y diámetros entre 500 y 2.000 mm.

Este tubo está constituido por un núcleo de hormigón de alta resistencia revestido con una camisa de chapa que le confiere estanqueidad, y una armadura activa formada por un alambre de pretensar arrollado helicoidalmente alrededor del núcleo zunchándolo. A este conjunto, denominado primario (elemento resistente), se le reviste en último lugar de una capa exterior de hormigón cuya misión es la protección de la armadura activa.

La junta elástica de este tubo, que es la que se utiliza en las actuales redes de riego, se realiza mediante unos cabezales metálicos que van soldados a la camisa de chapa. El cabezal macho consta de una acanaladura en la que se alojará durante el proceso de montaje un anillo elastomérico que consiste en una goma tórica, mientras el cabezal hembra tiene forma acampanada con un tramo recto donde se aloja esta goma una vez instalada. Esta es una junta fácil de montar y, debido a las estrictas tolerancias de fabricación, una junta estanca de gran garantía.

3.2.- Tubo de hormigón armado con camisa de chapa

Los tubos de hormigón armado con camisa de chapa están formados por una pared de hormigón que contiene una camisa cilíndrica de chapa, que le confiere estanqueidad y que participa de la capacidad resistente, y una armadura transversal rigidizada con otra longitudinal.

Estos tubos, al igual que el tubo de hormigón postesado, se pueden fabricar con dos tipos de juntas: para soldar (rígida) y elástica (flexible con boquilla metálica y anillo de goma). La longitud útil de los mismos oscila entre 5 y 7 m, y el rango de diámetros fabricados está comprendido entre 1.000 y 3.500 mm.

Los tubos de hormigón con camisa de chapa deben cumplir con todas las exigencias recogidas en las normas UNE-EN 639, 641 y 642, así como el documento de referencia en España: Instrucción del Instituto Eduardo Torroja para tubos de hormigón armado o pretensado.

Fruto de esta normativa existe un certificado de producto, en este caso DIT 'Documento de Idoneidad Técnica' que emite el Instituto de Ciencias de Construcción del Instituto Eduardo Torroja.

La tubería de hormigón con camisa de chapa es una solución adecuada para condiciones especiales de trabajo: grandes pendientes y grandes coberturas de tierras.

La tubería de hormigón postesado con camisa de chapa revestida es una solución óptima para conducciones de grandes diámetros (600-1.800 mm) y presiones medias altas (2,5 a 20 atm), porque es un tubo que ofrece una gran versatilidad tanto en su montaje como en su fabricación, además de su gran robustez y durabilidad. Es por todas estas razones por la que es una tubería que está siendo solicitada por las administraciones cada vez más, tanto como conducción principal en sus proyectos, como para condiciones especiales de instalación:

• Salidas de Balsas: Al dimensionamiento del tubo teniendo en cuenta la altura de tierras del terraplén
• Impulsiones: Tubo que mejor se comporta a vacío, como ya hemos dicho es recomendable calcular muy bien las subpresiones por golpe de ariete, para no tener que sobredimensionar todos los elementos de la conducción.
• Tubería en zanja múltiples, zanjas anchas con 2 o más tubos en paralelo, hay que advertir al fabricante este tipo de actuaciones, ya que los tubos hay que sobredimensionarlos, no son los mismos tubos que en zanja simple.
• Zonas de blandones, es muy importante estabilizar la rasante con bolos de gran tamaño.
• Presencia de agua en la zanja, tanto en junta elástica o soldada es muy importante que no haya presencia de agua. No se puede soldar los tubos con humedad, el agua lava el jabón de montaje y las gomas se pueden pillar.
• Tubo en grandes pendientes y alturas de tierras.

Siempre dentro de una obra lineal como es una conducción, existen zonas que hay que localizar en su estudio previo, donde por su dificultad de montaje o por las solicitaciones a las que va a ir sometida la tubería elegida, se debe comprobar que la solución adoptada es válida para esas condiciones. Alguno de estos casos son las tuberías instaladas en fuertes pendientes (mayores del 10-15%) y las zonas donde la tubería debe montarse con alturas de tierras superiores a 5 metros sobre la clave del tubo, bien en zanja o bien en terraplén (salidas de balsas, sifones, etc.).

Para estas zonas en las que la tubería va a estar sometida a unas condiciones especiales, cada vez con más frecuencia nos encontramos que las soluciones flexibles se utilizan menos, porque no son las adecuadas debido al sistema que tienen de soportar los esfuerzos. Por lo que proyectistas y organismos de agua para sus conducciones de abastecimiento y riego, debido incluso a malas experiencias, tienden cada vez más a colocar en estas zonas una tubería de mayor resistencia y durabilidad. Este es el caso de la tubería de hormigón postesado con camisa de chapa que es una solución rígida, cuyo comportamiento es inmejorable frente a cualquier esfuerzo, tanto interior como exterior. En cuanto a las acciones exteriores los esfuerzos ovalizantes son absorbidos mejor que cualquier material, por tanto su tapado es fácil y seguro, además con su tipología en junta elástica una vez montada sobre un correcto apoyo granular y un buen relleno de los riñones, permite que los asientos diferenciales que puedan ocurrir sean perfectamente absorbidos por la junta y la estructura del tubo.

• Ejecutar y diseñar correctamente las arquetas y transiciones de tubo a pieza o accesorio. Hay que hacer muy bien los hormigonados, estos tienen que servir para mejorar el apoyo y no para que produzcan asientos diferenciales que pueden dañar por esfuerzos de flexión a los tubos.
• Pasos de ríos, arroyos: Se pueden hacer con apoyo de hormigón y para aumentar la seguridad se pueden soldar.

• Pasos de caminos carreteras, se pueden hacer con una hinca que luego expondremos y se pueden hacer a cruce abierto con desvio si la carretera lo permite. Deben estar muy bien dimensionados y es recomendable poner una entrada de hombre antes o después de la carretera para que la zona sea visitable.

• Hincas de tubería: Las tuberías de hormigón con camisa de chapa tienen una versión para tubería de 'Hinca'. Esta tubería de hormigón con camisa de chapa es armada y junta soldada, está reforzada en los extremos para efectuar y soportar el empuje de los gatos. Los tubos suelen ser de 4 m, según la longitud para hincas de gran longitud mayor de 70-80 m a veces es necesario la utilización de estaciones intermedias de chapa de gran espesor para bajar los esfuerzos de empuje, disponen de dispositivos estancos interiores para inyectar bentonita o bentonita cemento. Esta tubería no requiere de una camisa, ella misma sirve como conducción definitiva ya que al ir soldada y bien calculada, tiene la capacidad de ser conducción definitiva. Es importante al empezar y acabar las hincas poner piezas con entrada de hombre para que la hinca sea visitable.

A medida que avanzan las obras, se deben ir probando las conducciones sin dejar mucho tiempo, dividiendo éstas en tramos con longitudes entre 500 y 1.000 m.

Las pruebas de presión se realizan según la norma elegida UNE-EN805 de Abastecimiento de Agua.

Para todas las conducciones, la presión de prueba de la red (STP) debe calcularse a partir de la presión máxima de diseño (MDP) del modo siguiente:

• golpe de ariete calculado:

STP = MDP_c + 100 KPa = MDP_c + 1 atm

• golpe de ariete no calculado (el menor de los dos valores): 

STP = MDP_a x 1,5

ó 

STP = MDP_a + 500 KPa

El margen fijado para el golpe de ariete incluido en MDPa no debe ser inferior a 200 KPa (es decir 2 atm).

Como puede verse es muy importante calcular el golpe de ariete en las conducciones, probar a 1 atm más que la presión máxima de diseño respecto a sobredimensionar la red a 1,5 veces la MDP, en una prueba en diámetros grandes y con presiones superiores a 6 atm supone un ahorro económico y facilita en gran medida su realización.

Aspectos importantes en una prueba de presión:

• Disponer de medios adecuados: bomba de caudal y presión suficiente, manómetro calibrado acorde con la presión de prueba.
• Llenar despacio por el punto más bajo, para facilitar la salida del aire.
• Permitir la salida del aire, mantener abiertos todos los puntos de ventilación.
• Colocar una purga en el punto más alto para asegurar el llenado completo.
• Mantener la presión para saturar el hormigón interior del tubo, al menos 72 horas. Son tubos que absorben mucha agua durante la prueba de presión.
• Dimensionar adecuadamente los anclajes para los tapones: posibles desplazamientos.

Son los elementos intercalados en la conducción con funciones particulares, cambios de dirección, derivaciones, ventosas, desagües, válvulas, etc. En el caso de la tubería de hormigón con camisa de chapa pueden ser fabricadas en el mismo material, en chapa de acero que es lo más habitual en regadío por su versatilidad, facilidad de montaje y competitividad y con junta elástica o soldada.

Deben estar bien calculadas y su protección suelen ser en hormigón o pinturas epoxi o de poliuretano con los espesores adecuados.

En las conducciones de presión los cambios de la sección transversal (conos de reducción), cambios de dirección (codos, tes etc.), y piezas terminales producen empujes descompensados que dan lugar a fuerzas que tienden a desplazar las piezas si no son adecuadamente ancladas.

Los anclajes se calculan como cualquier estructura de hormigón, estableciendo una cierta seguridad al vuelco y al deslizamiento. Normalmente los coeficientes de seguridad recomendados son de 1,5 tanto al vuelco como al deslizamiento.

Una vez terminada satisfactoriamente la prueba de la tubería instalada, se procederá a la puesta a punto final de la tubería mediante la realización de las operaciones previas, mínimas, que a continuación se indican:

• Finalización del relleno de las zanjas y la regularización de la superficie del terreno.
• La regularización de todos los mecanismos para las condiciones de servicio, de acuerdo con las especificaciones de sus suministradores y con las instrucciones del director de obra.
• La retirada de todos los elementos auxiliares utilizados en el llenado y prueba de la tubería.
• La recopilación de los documentos necesarios para conocer cómo ha quedado instalada la tubería y los resultados de las pruebas realizadas.
• El lavado de la tubería.
• La completa esterilización de la tubería, si se destina al abastecimiento de agua potable.

Terminadas las operaciones anteriores, se realizará la inspección final de la tubería, donde se considerará si todo es correcto en la tubería como 'obra completa apta para el servicio'.

Terminada la inspección final con resultado satisfactorio, quedará autorizada la entrada en servicio de la tubería. En cualquier caso, a partir de este momento, se llenará la tubería de agua, a ser posible circulante, para evitar su posible deterioro. Es importante y se recomienda que la tubería esté llena siempre de agua.

Los tubos de hormigón armado o postesado, adecuadamente instalados, no requieren ninguna conservación propiamente dicha, cuando su utilización es correcta debido a su gran durabilidad. El mantenimiento de las tuberías construidas con ellos se reduce, prácticamente, a velar por la permanencia de las condiciones de Proyecto, durante el servicio, y evitar todo aumento accidental de la presión interior y de las cargas exteriores por encima de los máximos previstos, así como la alteración de las condiciones de apoyo de los tubos.

En consecuencia, son unos tubos donde se disminuyen al mínimo los costes de explotación.

Reparaciones: es poco frecuente. No obstante, en el caso de tener que reparar un tubo o una zona del mismo, también se puede presentar la necesidad de realizar una actuación de una nueva tubería, conexión a una nueva tubería o realizar una acometida a una existente. Al ser un tubo de hormigón y cabezales metálicos, existen diferentes procedimientos para reparaciones puntuales y acometidas.