Sistemas de Canalizaciones de fundición dúctil

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Sistemas de Canalizaciones de fundición dúctil

Centro de Consulta y Desarrollo de Canalizaciones de SAINT-GOBAIN PAM ESPAÑA, S.A.

I.- Introducción

El objetivo de esta presentación es profundizar en el conocimiento de los sistemas de canalización en fundición dúctil, presentando también las últimas novedades que este material aporta a las infraestructuras hidráulicas.

El sector del agua en España se plantea hoy en día una serie desafíos importantes orientados a la búsqueda de nuevos recursos y al diseño de redes eficaces de distribución que garanticen su disponibilidad y calidad “durable”.

La elección del material contribuye en gran medida a garantizar estos requisitos para atender así las demandas que puedan surgir.

Durante la exposición trataremos aspectos relacionados con su diseño, fabricación, normativa, e instalación.

Haremos referencia también a algunas experiencias e innovaciones recientes como el caso su empleo en reutilización, las nuevas juntas acerrojadas, etc.

II.- La fundición dúctil

El término "fundición" abarca una gran variedad de aleaciones Fe-C-Si. Es común la clasificación en familias según el estado del grafito, con una diferenciación añadida debida a la estructura de la matriz metálica (ferrita, perlita,...).

En las fundiciones grises, el grafito se presenta bajo la forma de láminas, por eso su nombre metalúrgico de fundiciones de grafito laminar.

Cada una de estas láminas de grafito puede, bajo una concentración de esfuerzos anormales en ciertos puntos, entrañar un inicio de fisura.

Se estableció un avance decisivo en 1948, cuando las investigaciones realizadas en USA y en Gran Bretaña permitieron obtener una fundición de grafito esferoidal (o fundición GS), más conocida por el nombre de fundición dúctil.

El grafito ya no se dispone en láminas, sino que cristaliza bajo forma esférica al introducirse de forma controlada una cantidad de Magnesio en una fundición de base previamente desulfurada. De esta manera las líneas de propagación de las roturas son eliminadas.

A las cualidades tradicionales de las fundiciones (resistencia a la compresión, aptitud al moldeo, resistencia a la abrasión, fácilmente mecanizable, resistencia a la fatiga, etc.) la fundición dúctil añade unas propiedades mecánicas excelentes (alto límite elástico, resistencia a los choques, capacidad de alargamiento, etc.).

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El material por otro lado es totalmente reciclable es decir reutilizable al 100% sin degradación de sus propiedades.

Nuestra empresa recupera y recicla sus tuberías y accesorios mediante un sistema integral de recogida y tratamiento.

Este compromiso con el medio ambiente es posible gracias a una iniciativa conjunta en la que están implicadas la misma empresa, sus clientes y las administraciones públicas correspondientes. La demanda creciente en rehabilitación de redes exige la búsqueda de un destino respetuoso con el medio ambiente para el material extraído.

En las obras en las que el material a retirar sea de función dúctil, Saint-Gobain PAM recupera los tubos y accesorios de fundición sustituidos. Después de un proceso de preparación previa, la materia prima original se incorpora a nuevos tubos de fundición dúctil que mantienen íntegras todas sus cualidades. Una primera experiencia ha sido el reciclado de la antigua tubería de fundición gris de abastecimiento a la ciudad de Ávila.

III.- Fabricación

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El esquema que figura a continuación representa de forma simplificada nuestro proceso productivo.

II.- FABRICACIÓN (VÍDEO)

El proceso de fabricación de los tubos y accesorios tiene tres etapas:

- elaboración del metal: alto-horno, cubilote, y tratamiento del metal, - centrifugación / fundición,

- acabado / revestimientos.

Ver también:

• FUNDICIÓN DÚCTIL

• CALIDAD

• PRUEBA EN FABRICA Elaboración del

metal

Centrifugación

Acabado / Revestimientos

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IV.- Normativa

Todos los tubos, accesorios y piezas especiales para las canalizaciones de abastecimiento de agua de SAINT- GOBAIN PAM se fabrican conforme a la norma UNE EN 545: 2007.

Esta norma europea y española especifica los requisitos y los métodos de ensayo asociados, aplicables a todos los elementos destinados a la construcción de canalizaciones. Especifica los requisitos de los materiales, las medidas y tolerancias, las propiedades mecánicas y los revestimientos normalizados de los tubos y accesorios de fundición dúctil, indicando también los requisitos de prestación de todos los componentes, incluidas las uniones.

Todos y cada uno de los tubos y accesorios de SAINT-GOBAIN son sometidos en fábrica a una prueba con presión interna, conforme a las exigencias de la normalización española, europea e internacional.

De forma resumida y en particular, nuestros productos cumplen las Normas siguientes:

Especificaciones Nacionales Europeas Internacionales

Especificaciones técnicas de las canalizaciones de fundición dúctil

UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Junta EXPRESS NF A 48-860 - -

Junta STANDARD NF A 48-870 - -

Tubos con enchufe UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Tubos con bridas UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Accesorios con enchufe UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Accesorios con bridas UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Dimensiones de bridas (fijas y orientables) NF A 48-840 - ISO 2531

Anillos de junta. Especificación del material UNE EN 681-1 EN 681-1 ISO 4633

Revestimiento exterior de zinc de los tubos UNE EN 545 EN 545 ISO 8179

UNE EN 545 EN 545 ISO 2531

Los tubos, accesorios, y anillos de junta comercializados por SAINT-GOBAIN PAM no sólo llevan un marcado que permite su fácil identificación en obra, sino que además son trazables.

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Se incluye a continuación un ejemplo descriptivo del marcado de los tubos y accesorios:

Los Sistemas de Gestión de Calidad y Medio Ambiente implantados en SAINT-GOBAIN PAM son conformes con las normas UNE EN ISO 9001:2000 e ISO 14001:1996.

Indicaciones Situación Tipo

Tubos con enchufe Fabricante

DN Tipo de enchufe

Materia (GS) Año de fabricación

Logotipo

EN 545

Huella de moldeo

Pintado en la caña

Huella de moldeo o pintado en la caña

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V.- Revestimientos. Gama

SAINT-GOBAIN PAM , S.A. cuenta con una amplia gama de productos diferenciados según su aplicación. Los revestimientos disponibles, permiten proteger con total garantía a la tubería y al accesorio de cualquier factor externo que pueda alterar sus características. Estas protecciones pueden clasificarse como exteriores o interiores, en sus versiones estándar, y reforzadas, distinguiéndose también por su carácter activo o pasivo.

La protección activa en la gama de base de los tubos se realiza a base de zinc metálico de alta pureza con una proyección mínima de 200 g/m2 y pintura bituminosa o epoxy. La metalización con zinc constituye una protección activa que presenta un mecanismo de funcionamiento doble:

a) Formación de una capa protectora estable de sales de zinc insolubles (efecto barrera) b) Autocicatrización de las heridas, por la acción galvánica de la pila hierro-zinc

Este revestimiento que asegura una protección real durante mucho tiempo después de que la totalidad del zinc se haya transformado, ha demostrado su eficacia en la gran mayoría de los terrenos, garantizando una vida útil para la canalización superior a los 50 años.

La gama NATURAL proporciona una protección superior a la suministrada por este recubrimiento clásico de zinc, eliminando la necesidad de incorporar la manga de polietileno en terrenos de elevada corrosividad.

Esta es una película que se aplica sobre la canalización en el momento de colocarla; se utiliza como complemento del revestimiento de base de las canalizaciones en determinados casos de alta corrosividad de los terrenos, o cuando existen corrientes vagabundas.

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El NATURAL es un producto fruto de la dilatada experiencia de la empresa y del conocimiento de la agresividad de los terrenos y el comportamiento y manejo de las aleaciones metálicas, unido a una investigación permanente en el campo de los revestimientos desde hace más de 25 años.

La nueva capa protectora con una aleación optimizada de zinc-aluminio, genera una estructura dual, compuesta por islotes de zinc dentro de un esqueleto de aluminio, que proporciona igualmente un doble efecto protector. Una vez instalado y en contacto con el suelo circundante, el zinc-aluminio forma una capa protectora estable e insoluble que constituye una barrera a largo plazo, al convertirse el zinc en una capa densa e impermeable de sales.

La velocidad de transformación del zinc disminuye gracias a la transformación del aluminio en una protección pasiva de óxido de aluminio. Este mecanismo favorece la generación de una capa protectora más estable, sin alterar el efecto de la protección galvánica del zinc. La nueva aleación se aplica en una cantidad de 400 g/m2, de esta forma la durabilidad de la protección exterior conseguida es mucho mayor de lo que proporcionalmente representa el aumento del espesor, que supera en cantidad el triple de la clásica de zinc exigida por la norma UNE EN 545.

El acabado se realiza con una capa de epoxy azul aplicada en un espesor óptimo que permite el buen funcionamiento de la acción galvánica del zinc y favorece la formación de una capa estable e insoluble de productos de conversión de la aleación.

Esta nueva y excepcional protección amplía en gran medida el campo de empleo, convirtiéndose en el sistema más simple y polivalente del mercado.

En la línea de garantizar esta seguridad, la protección se extiende a toda la gama, ya que el resto de elementos complementarios de la red se revisten de una protección acorde que garantiza las mismas prestaciones en todo el trazado de la conducción.

Así, los accesorios de fundición dúctil, son revestidos bien mediante un proceso único en nuestro mercado: la cataforesis, la cual se trata de una moderna e innovadora protección con una capa de 70 µm de resina epoxy aplicada por electrodeposición mediante un proceso no contaminante que garantiza una uniformidad y adherencia total, así como la resistencia mecánica y a la corrosión de los accesorios, bien por empolvado de 250 µm de resina epoxy.

SAINT-GOBAIN PAM , S.A. ofrece también gamas adaptadas a los casos más extremos de agresividad del entorno.

Las canalizaciones STÁNDAR TT vienen protegidas externamente con revestimientos orgánicos y se recomiendan en condiciones extremas de corrosividad y en suelos contaminados o de comportamiento imprevisible.

Uno de los desarrollos más recientes es el producto denominado URBITAL, diseñado especificamente para las redes de aguas regeneradas destinadas al riego de parques y jardines y baldeo de calles, permitiendo que el agua de primera calidad quede reservada para uso directo humano.

Su acabado garantiza la perfecta identificación de la red con respecto al resto de conducciones de agua potable y saneamiento.

La protección interior estándar de los tubos se realiza con mortero de cemento de alto horno aplicado por centrifugación que proporciona una superficie interior muy compacta y de baja rugosidad. Este revestimiento garantiza la conservación de las características hidráulicas de la canalización con el tiempo, evita cualquier riesgo de ataque de la pared interior por las aguas transportadas y mantiene la calidad de las mismas.

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Así mismo, también se ha desarrollado una tubería específica para el riego, tubería IRRIGAL, la cual se adecua a las necesidades de este mercado.

VI.- Sistemas de unión

Las prestaciones de las juntas de elastómero utilizadas por SAINT-GOBAIN PAM son el resultado de combinar la dureza del caucho, la forma de los anillos y su relación de compresión.

Los anillos de junta de elastómero pueden soportar importantes desviaciones angulares y permiten un desplazamiento radial por fuerzas de cizallamiento.

Estas características garantizan la elasticidad del conjunto, que funciona como una cadena flexible, permitiendo seguir las curvas de los trazados, salvar los obstáculos, absorber los movimientos del terreno o las modificaciones del entorno, dentro de los límites marcados por la desviación angular admisible en cada enchufe. Esta desviación, permite realizar curvas de gran radio sin utilizar accesorios.

Gracias a la experiencia adquirida, SAINT-GOBAIN PAM ha desarrollado una gama completa de juntas que permiten hacer frente a las distintas condiciones de instalación en las obras:

 Juntas automáticas y juntas mecánicas, que pueden ser acerrojadas de forma muy sencilla, cuando el contexto de obra lo requiera o se deseen evitar los macizos de anclaje en hormigón.

 Permiten la instalación en zonas con fuertes pendientes, terrenos rocosos, en presencia de capa freática, en cruces de ríos...

La junta es un elemento clave de las canalizaciones a presión y no debe convertirse en su punto débil. Un buen diseño del perfil de las juntas así como una correcta selección de los elastómeros, garantizan un funcionamiento fiable y duradero, dando a las canalizaciones la flexibilidad necesaria y facilitando su montaje.

La conexión de los elementos de una canalización de fundición dúctil se realiza mediante anillos de junta de elastómero que garantizan tanto la unión de los elementos como la estanqueidad entre ellos.

La estanqueidad se obtiene por la compresión del anillo de junta de elastómero entre dos elementos metálicos:

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- En las juntas mecánicas, se ejerce una presión axial con ayuda de una contrabrida y de bulones, - En las juntas automáticas, se ejerce una presión radial.

La estanqueidad de una canalización, impidiendo la filtración de agua del terreno circundante al interior de la misma es fundamental, pues la entrada de aguas contaminadas con bacterias procedentes de la capa freática daría lugar a que el agua transportada se contaminase, inutilizándola para el consumo humano.

Los elastómeros normalmente utilizados son de EPDM (etileno-propileno) y son seleccionados para conservar inalterables en el tiempo sus características físico-químicas, garantizando así la estanqueidad de las conducciones.

• La junta STANDARD para los tubos

La junta STANDARD es una junta automática. La estanqueidad se logra por compresión del anillo de junta alojado en una pista dentro del enchufe al soportar la compresión radial producida al introducir el extremo liso del tubo siguiente.

Ofrece una fiabilidad absoluta en baja y alta presión; la presión de contacto entre el elastómero y la fundición aumenta cuando la presión interior aumenta, de forma que la junta STANDARD tiene un comportamiento autoclave.

En un ensayo destructivo por presión, el tubo estalla antes de que aparezca ninguna fuga en la junta.

Esta junta flexible, rediseñada recientemente, admite desviaciones de hasta 4º en diámetros de 700 a 1200 mm. Su juego axial la hace muy adecuada para su uso en terrenos poco estables y para ejecutar modificaciones de trazado para rodear obstáculos.

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Aporta además una discontinuidad eléctrica a la canalización.

• La junta EXPRES para accesorios

La junta EXPRES es una junta mecánica.

Se logra la estanqueidad por la compresión axial de un anillo de junta de elastómero, mediante una contrabrida apretada con bulones de fundición.

El montaje de la junta EXPRES está recomendado cuando las dificultades de la obra imponen un montaje manual ya que no requiere ningún esfuerzo de enchufado. La orientación y puesta en obra de los accesorios se realiza antes del apriete de los bulones, admitiendo desviaciones angulares y juegos axiales. Por ser desmontable se recomienda en el caso de tener que hacer posibles intervenciones posteriores.

• La junta con bridas

La junta con bridas está constituida de dos bridas, de una arandela de junta de elastómero, y de pernos de número y dimensiones que dependen del PN y del DN. La estanquidad está asegurada por compresión axial de la arandela, obtenida por presión de los pernos. Sus características principales son:

- la precisión de la unión

- la posibilidad de montaje y desmontaje en línea

En diámetros inferiores a 600 mm las bridas son orientables, lo que facilita el montaje de los pernos.

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• Acerrojado de las juntas: soluciones STANDARD y UNIVERSAL Vi y Ve

En 1994, SAINT-GOBAIN PAM , introdujo en el mercado las juntas de elastómero con dispositivo de acerrojado a base de insertos metálicos STANDARD Vi y EXPRES Vi: una solución específica para aquellas situaciones en que se hace necesario hacer autoportante a la tubería, es decir que pueda trabajar a tracción sin la desconexión de los elementos de la canalización, sin recurrir a grandes y costosas obras de anclaje, ni operaciones adicionales en los tubos; lo que aporta ventajas substanciales a la instalación en la obra.

Junto a estas nuevas juntas acerrojadas, continúan las clásicas de acerrojado con cordón de soldadura - tubos y accesorios STANDARD Ve - que pese a que requieren un montaje un poco más complejo, conservan sus usos específicos, en casos de presiones elevadas y solicitaciones dinámicas poco conocidas o poco controladas.

La solución acerrojada permite extender el uso de sistemas de canalización a situaciones geológicas en donde la realización de macizos de anclaje de hormigón es difícil (colocación en fuerte pendiente, instalación en inmersión con montajes fuera del agua, terrenos inestables o de débil cohesión), costosa o muy complicada (entornos urbanos con subsuelos inestables, zonas en las que se prevean intervenciones posteriores que pudieran ocasionar desestabilizaciones en obras colindantes).

Hoy ya se encuentra disponible la junta UNIVERSAL en sus dos versiones Ve y Vi. Este nuevo sistema aporta muchas ventajas, como su mayor facilidad de instalación (gracias al enchufe de doble cámara, sin necesidad de contrabrida y bulones), sus elevadas presiones de funcionamiento, etc.

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VII.- Instalación y montaje

La instalación de tuberías de fundición dúctil se efectúa de forma sencilla, realizando la unión sin soldaduras y con herramientas de obra simples.

Las uniones se realizan enchufando los tubos, intercalando entre ellos un anillo de junta de elastómero. Los anillos, que son sometidos a ensayos muy exigentes, confieren al sistema no solamente una singular flexibilidad, sino una garantía de servicio, al asegurar la estanqueidad del conjunto.

La estanqueidad se logra por compresión del anillo de junta entre dos elementos metálicos: la presión de contacto aumenta a medida que la presión interna crece, ya que las juntas de elastómero tienen un comportamiento autoclave.

A continuación se describen esquemáticamente los pasos a seguir para una adecuada instalación y montaje de nuestros productos con las juntas empleadas habitualmente.

Montaje de la junta standard.

El montaje de las junta STANDARD se realiza por simple introducción del extremo liso en el enchufe, aplicando una fuerza axial exterior. La operación es sencilla y rápida.

Limpieza.

Limpiar cuidadosamente el interior del enchufe y el extremo liso del tubo sin olvidar el alojamiento del anillo de junta (en especial, eliminar la tierra, la arena, etc.).Limpiar igualmente el extremo liso del tubo a unir así como el propio anillo de junta.

Comprobar la presencia del chaflán así como el buen estado del extremo liso del tubo. En caso de corte, es imperativo realizar un nuevo chaflán.

Colocación del anillo de junta fuera de la zanja.

La colocación del anillo de junta se realiza fuera de la zanja.

Comprobar el estado del anillo de junta e introducirlo en su alojamiento, dándole la forma de un corazón, con los "labios" de la junta dirigidos hacia el interior del enchufe.

Para los grandes diámetros (DN 800 a 1 800) es preferible deformar en cruz el anillo de junta para instalarlo en su lugar.

Ejercer un esfuerzo radial sobre el anillo al nivel de la curva del corazón (o de las curvas de la cruz) con el fin de aplicarlo a fondo en su alojamiento

Control de la posición del anillo en la junta.

Comprobar que el anillo de junta está correctamente instalado en toda su periferia.

Si no hay ninguna marca en el extremo liso, trazar una señal en la caña del tubo a colocar, a una distancia del extremo de la espiga igual a la profundidad de enchufe P menos 10 mm.

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13 Colocación (aparatos)

El enchufado de los tubos y accesorios de junta automática de SAINT-GOBAIN PAM necesita cierto número de equipos clásicos de obra: palanca, cinchas, trácteles mecánicos o cuchara de pala hidráulica.

Pasta lubricante

La estanquidad de las juntas automáticas se logra en el momento del montaje por la compresión del anillo de junta.

Esta operación requiere el uso de una pasta lubricante destinado a disminuir la fuerza de compresión necesaria.

Procedimiento

Comprobar que el chaflán existe efectivamente en la espiga del tubo, de no ser así, realizarlo. La pasta lubricante se aplica con pincel en capa delgada.

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14 Montaje de la junta expréss

El montaje se realiza por introducción del extremo liso dentro del enchufe EXPRÉS y, a continuación, por la compresión de un anillo de junta mediante una contrabrida y pernos. El montaje de esta junta es sencillo, rápido y no requiere ninguna fuerza para el enchufado.

Limpieza.

Limpiar cuidadosamente el interior del enchufe del tubo y, en especial, el alojamiento del anillo de junta (eliminar la tierra, la arena, ...)

Limpiar y comprobar el buen estado el extremo liso del tubo a conectar así como el propio anillo de junta.

Colocación de la junta y la contrabrida, y enchufado.

Introducir la contrabrida en el extremo liso del tubo, luego el anillo de junta con la parte frontal mirando hacia la contrabrida.

Introducir el extremo liso a fondo en el enchufe, comprobando la alineación de las piezas a unir y sacar 1 cm aproximadamente

Montaje de la contrabrida.

Deslizar el anillo de junta sobre la caña, introducirlo en su alojamiento y poner la contrabrida en contacto con el anillo de junta. Colocar los pernos y apretar las tuercas con la mano hasta el contacto con la contrabrida.

Apriete de los pernos.

Comprobar la posición de la contrabrida y apretar por pasadas sucesivas y en el orden de los números del esquema adjunto.

Una vez realizadas las pruebas hidráulicas, es imperativo comprobar el apriete de los pernos y, de ser necesario, apretarlos nuevamente.

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VIII.- Ventajas del material

De forma simplificada se recogen a continuación las principales ventajas:

1) Garantía de estanqueidad: el diseño de la junta evita cualquier pérdida en las conducciones. El ahorro del agua, pilar básico en la planificación y gestión sostenible del uso del agua, requiere evitar las pérdidas que tienen lugar en las redes mediante canalizaciones estancas.

2) Seguridad y longevidad: garantizando un servicio permanente. Las cualidades mecánicas del material, la fiabilidad de las juntas de elastómero y la eficacia de los revestimientos exterior e interior permiten a las canalizaciones de fundición dúctil ofrecer la máxima seguridad y garantizar su conservación al paso del tiempo, manteniendo un alto nivel de seguridad y fiabilidad.

3) Flexibilidad, frente a cambios futuros en necesidades de agua, caudales y las presiones. La solución en fundición dúctil permitirá ampliar o adaptar el sistema a lo largo del tiempo sin cambiar la tubería.

4) Resistencia a tráfico rodado: La capacidad de flexión de la tubería de fundición dúctil y la fiabilidad de sus uniones, permiten aguantar el paso de cargas rodantes potenciales.

5) Reciclabilidad: SAINT-GOBAIN PAM asume un compromiso absoluto con el medio ambiente implantando sistemas de canalización que respetan totalmente el entorno natural y que, una vez finalizado su período de vida útil, pueden ser retiradas y entrar de nuevo al proceso productivo sin coste medioambiental alguno, garantizando la protección del medio ambiente en el futuro.

6) Tradición y modernidad: SAINT-GOBAIN PAM tiene una amplia experiencia en canalizaciones de agua potable, siendo líder en el mercado de tubería de fundición dúctil. El gran número de instalaciones realizadas en todo el mundo avala las grandes ventajas que éste material proporciona.

7) Facilidad de montaje e instalación: menos precauciones, menos excavación, menos montadores, menos material y cadencias de instalación elevadas.

La robustez y resistencia de las tuberías de fundición dúctil permiten limitar a lo estrictamente necesario la confección del lecho de colocación y del relleno, simplificando notablemente el montaje de la tubería, por lo que la instalación resulta más fácil a la vez que segura y económica.

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